Генератор гармонических функций Советский патент 1984 года по МПК G06G7/22 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при. проектировании источников высокостабильных электрических колебаний с малым шагом дискретизации.

Известен генератор гармонических колебаний,содержащий блок делителей частоты, вход кторого подключен к задающему генератору, блок разделения импульсов и генератор функций . Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными блоками аналоговых ключей ij .

Однако такой генератор имеет относительно невысокую точность задания частоты из-за сложности делител частоты и присутствия в синтезируемых гармонических колебаниях высокочастотных составляющих,

.Наиболее близким кпредложенному по.технической сущности является генератор гармонических функций, который содержит задающий генератор, подключенный выходом к делителю частоты, выходы которого через блок коммутации, управляемый от преобразователя кодов, соединены с блоком разделения импульсов, выход которого через счетчик и блок умножения соединен с входом генератора функций Уолша. Выходы последнего через второй блок коммутации соединены с входом интегросумматора, а вйходы преобразователя кодов через инвертор и непосредственно связаны с управляющими входами второго блока коммутации 2 ,

Однако этот генератор имеет недостаточно большой диапазон частот синтезируемых колебаний, что связано с необходимостью многократного (на четыре порядка) превышения частоты задающего генератора относително синтезируемой частоты. .

Цель изобретения - расширение диапазона частот синтезируемых колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что генератор гармонических функций, содержащий задающий генератор, подключенный к нему первый делитель частоты, первый генератор |ункций Уолша синусоидального сигнала, первый сумматор, выход которог через инвертор и непосредственно соединен с соответствующими информа.ционными входами первого блока коммутации, выходы которого соединены с входами первого интегросумматора, содержит второй делитель частоты, второй- генератор функцир1 Уолша синусоидального сигнала, первый и второ генераторы функций Уолша косинусоидального сигнала, первый и второй блоки суммирования по модулю два, второй интегросумматор, второй сумматор, первый и второй преобразователи частоты в напряжение, второй блок коммутации, первый и второй переключ 1тели, при этом второй делитель частотьл подключен к выходу задающего генератора, выходы первого делителя частоты соединены с входами первого переключателя, выход которого соединен с входом первого преобразовател-я частоты в напряжение, с входом первого генератора функций

0 Уолша синусоидального сигнала и с входом первого генератора функций Уолша косинусоидального сигнала, выходы второго делителя напряжения соединены с входами второго пере5 ключателя, выход которого соединен с входом второго преобразователя частоты в напряжение и с входами вторых генераторов функций Уолша синусоидального и косинусоидального

сигналов, выходы первого генератора функций Уопша косинусоидального сигнала и выходы второго генератора функций Уолша синусоидального сигнала соединены с соответствюущимл J. входами первого блока сум.1ирования

по модулю два, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами первого блока коммутации , выходы первого генератора функций Уолша синусоидального сиг0 кала и в :;ходы второго генератора

функций Уолша косинусоидального сигнала соединены с соответствующими входами второго блока суммирования по модулю два, выходы которого со5 единены с соответствующими управляющими входами второго блока коммутации, информационные входы которого соединены с соответствующими информационными входами первого блока комд мутации, а выходы - с соответствующими входами второго интегросумматора, выходы первого и второго преобразователей частоты в напряжение соелинены с входами первого сумматора, а выходы первого и второго интегросумматоров соединены с входами второго сумммтора, выход которого является выходом генератора.

На чертеже представлена схема генератора гармонических функций.

0 Генератор гармонических функций состоит из задающего генератора 1, делителей частоты 2 и 3, сумматора 4, переключателей 5 и 6, преобразователей 7 и 8 частоты в напряжение, сум5 матора 9, инвертора 10, генератора

функций Уолша 11 синусоидального сиг нала, генераторов функций Уолша 12 и 13 косинусоидальных сигналов, генератора функций Уолша 14 синусоQ идального сигнала, блоков 15 и 16 суммирования по модулю два, блоков

17 и 18 коммутации, интегросумматоров 19 и 20,

Генератор работает следующим об5 разоМо

С задающего генератора 1 импульс поступают на делитель частоты 2 и 3 Делитель 2 обеспечивает равномерную сетку частот в пределах одной декады. Частоту генератора 1 целесообразно выбирать как наименьшее кратное из сетки частот. Например, если требуется получить сетку частот, равную 90,80,70,60,50,40,30,20,10, то частоту генератора целесообразно взять равной 25200 Гц. При такой частоте генератора вышеуказанную равномерную сетку частот можно получить с помощью целых коэффициентов деления. Параллельно импульсы с генератора 1 поступают на делитель 3, который выполнен аналогично делителю 2, но имеет дополнительную ступень деления, например, на 10. Тогда на выходе делителя 3 получится равномерная сетка частот, шаг дискретности которой в 10 раз меньше, чем на выходе делителя 2.

В генераторе реализуется математическая зависимость

stn(Q+Sl)t sintotcosS7t4-sinQtcoscot,

где со и S2 - частоты, изменяющиеся с различной дискретностью.

Если гармонические функции аппроксимировать суммой ряда Фурье по ортогональной системе функций Уолша

(2)

S ,, (t) .

KiO n

Z (it; W (t) , (3)

. 0

,(t) ,

(M

11 0

Z (t) , (5)

где Oi (( n Pk.n коэффициенты ряда Фурье-Уолыа,то операцию умножения двух гармонических функций можно упростить, так как перемножение двух функций Уолша дает другую функцию Уолша

W.(t)Y(t) (t).

(6)

к® п

где С+) - символ поразрядного суммирования по модулю два. Так как функции Уолша принимают значение +1 или -1, то умножение заменяется сложением вновь синтезируемых функций Уолша с коэффициентами, определяемым произведениемо р„. Техническая реализация такого умножения довольно проста.

Переключателями 5 и 6 устанавливается заданная часть импульсов, которые поступают на входы генераторов функций Уолша 11-14. Функции Уолша формируются из функций Радемахера, которые получаются из равномер0ной последовательности импульсов путем деления этих импульсов на .2,4, 8 и 16.

На выходи блоков 15 и 16 синтезируются новые функции Уолша, кото5 рые определяются путем поразрядного сложения по модулю два поступающих на входы этих блоков функций Уолша. Далее сигналы с выхода блоков 15 и 16 поступают на управляющие входы

Q блоков 17 и 18 коммутации.

Так как каналы для формирования произведения гармонических сигналов одинаковы, рассмотрим работу одного канала.

Суммирование функций Уолша и учет весовых коэффициентов, равных произведению сС г, , осуществляется интегросумкатором 19, имеющим п входов.

Операция интегрирования введена для того, чтобы лучше аппроксими0 ровать функции, так как известно, что при интегрировании ряды сходятся быстрее. Однако при этом коэффициенты ряда приобретают зависимость от частоты.

5 Чтобы эту зависимость реализовать в аппаратуре, опорное напряжение , подаваемое на информационные ВХОДЫ блоков коммутации надо изме-. нять пропорционально частоте.

0 Кпя этого служат преобразователи 7 и 8 и сумматор 9, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный синтезируемой частоте.

Таким образом, на выходе интегро5 сумматоров 19 и 20 появляются сигналы, представляющие соответственно первое и второе слагаемые в выражении (1). Суммирование этих сигналов осуществляется в блоке 4, и на вы0 ходе получается синтезируемый сигнал.

Генератор может быть выполнен на базе стандартных элементов вычисли-тельной техники.

Применение изобретения позволяет

расширить диапазон синтезируемых частот.

ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ, содержащий задающий генератор, подключенный к;нему первый делитель частоты, первый генератор функций уолша синусоидального сиг-, нала, первый сумматор, выход которого через инвертор и непосредственно соединен с соответствующими информационными входами первого блока коммутации, выходы которого соединены с входами первого росумматора, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона частот синтезируемых колебаний, генератор содержит второй делитель частоты, второй генератор функций Уолша синусоидального сигнала, первый и второй генераторы функций Уолша косинусоидального сигнала, первый и второй блоки суммирования по модулю два, второй интегросумматор, второй сумматор, первый и второй преобразователи частоты в напряжение, второй блок коммутации, первый и второй переключатели, при этом второй делитель частоты подключен к выходу задающего генератора, выходы первого делителя частоты соединены с входами первого переключателя, выход которого соединен с входом первого преобразователя частоты в напряжение, с входом первого генератора функций Уолша синусоидального сигнала и с входом первого генератора функций Уольла косинусоидального сигнала, выходы второго делителя напряжения соединены с входами.второго переключателя, выход которого соединен с входом второго преобразователя частоты в напряжение и с входами вторых генераторов функций Уолша синусоидального и косинусоидального сигналов, выходы первого генератора функций Уолша косинусоидального сигнала и выходы второго генератора функций Уолша синусоидального сигнала соеди(Л нены с соответствующими входами первого блока суммирования по модулю, два, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами первого блока коммутации, выходы первого генератора функций Уолша синусоидального сигнала и выходы второго генератора функций Уолша , косинусоидального сигнала соединены с соответствующими входами второго рлока суммирования по модулю два, выходы которого соединены с соответсо ствующими управляющими входами второго блока коммутации, информационные входы которого соединены с сооо ответствующими информационными входами первого блока коммутации, а выходы - с соответствующими входами второго интегросумматора, выходы первого и второго преобразователей частоты в напряжение соединены с входами первого сумматора, а выходы первого и второго интегросумматоров соединены с входами второго сумматора , выход- которого является выходом генератора.