Генератор синусоидального напряжения Советский патент 1985 года по МПК H03B5/20 H03B27/00 

тель, второй вход которого подключен к третьему входу комбинационного логического блока, третий вход - к внходу третьего инвертора, а выход пятого перемножителя подключен к дополнительному третьему входу второго сумматора.

1. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий после довательно соединенные суммирующий усилитель-инвертор, первый интегрирующий . усилитель и второй интегрирующий усилитель, выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя-инвертора, а также первый и второй генераторы тока, выходы которых подключены к второму входу суммирующего усилителя-инвертора, потенциометр, первый второй и третий компараторы, при этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к входу первого компаратора и одному выводу потенциометра, отличающий- ся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и длительности переходных процессов, в него введены последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу второго интегрирующего усилителя, и четЕ ертый компаратор, а также комбинационный логический блок, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены к выходам соответственно первого второго, третьего и четвертого компараторов, а первый и второй выходы - к входам соответственно первого и второго генераторов тока, при этом выход первого интсгрируюнхего усилителя подключен также к входу второго компаратора, а выход инвертирующего усилителя подключен к другому выводу потенциометра, отвод которого подключен к входу третьего компаратора, комбинационный логический блок выполнен в виде трех инверторов, четырех неремножителен и двух сумматоров, при этом первый вход первого перемножителя является первым входом комбннацнонного логического блока, первые входы второго и третьего перемножителей и вход первого инвертора объединены и являются вторым входом ко.мбинационного логического блока, второй вход первого перемножйтеля и.вход второго инвертора объединены и являются третьим входом комбинационного логического блока, в.чод третьего инвертора, второй вход третьего перемножителя и первый вход четвертого перемножителя объединены и являются четвертым входом комбинационного (Л логического блока, выход первого инвертор.а подключен к третьему входу первог.о пере- с множителя, четвертый вход которого подключен к выходу третьего инвертора, а выход первого перемножнтеля подключен к первому входу первого сумма.тора, второй вход которого подключен к выходу четвертого перемножителя, а выход первого сумматора 05 является первым выходом комбинационного О5 логического блока, выход второго инвертора го подключен к вторым входам второго и чето: вертого перелиюжителей, выход второго перемножителя подключен к первому входу| о второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу Третьего перемножителя, а выход второго сумматора ямяется вторым выходом комбинационного логического блока. 2. Генератор по п. 1, отличающийсят, что, с целью уменьц;ения длительности переходных процессов, в комбинационный логический блок Ешедены последопатсльно соединенные четвертый инвертор, в.ход которого подключен к первому Bxo.iy комбинационного логического блока, и пятый перемножи

1

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения синусоидальных колебаний стабильной амплитуды с малыми нелинейными искажениями и малым временем установления амплитуды колебаний.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и длительности переходных процессов

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема генератора синусоиДального напряжения; на фиг. 2 и 3 - .варианты-выполнения комбинационного логй ческого блока; на фиг. 4 - фазовая плоскость переменных напряжений.

Генератор синусоидального напряжения содержит (фиг. 1) суммирующий усилитель-инвертор 1, первый 2 и второй 3 интегрирующие усилители, инвертирующий усилитель 4, потенциометр 5, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 компараторы, 6 комбииационньш логический блок 10, пер-, вый 11 и второй 12 генераторы тока. При этом комбинационный логический блок 10 содержит (фиг. 2) первый 13, 14 н третий 1& инверторы, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 перемножители, пер йый 20 и второй 21 сумматоры, а также Дополнительно (фиг. 3) - четвертый инвертор 22 и пятый перемножитель 23.

Генератор синусоидального напряжения работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на генератор синусоидального напряжения в колебательном звене возникают синусоидальные колебания с амплитудой, определяемой начальными условиями и состоянием выходных сигналов компараторов 6-9. Пороги ера,батывания компараторов 6-9 выбираются так что компараторы 7 и 9 срабатывают при напря ;«ении на их входах больще Uin. При JTOM на их выходах сигнал меняется с низкого до высокого уровня. Сигналы низкого уровня можно принять за логический ноль, а сигналы высокого уровня за логическую единицу. Компаратор 8 срабатывает, если на его входе, напряжение становится меньше нуля, а компаратор 6 - когда напряжение становится больше нуля. Дальнейщее изменение амплитуды колебаний зависут от начальных условий и, следовательно, от состоя НИИ компараторов 6-9.

Процесс изменения амплитуды колебаний удобно изобразить на фазовой плоскости переменных напряжений на выходе первого 2 (HI) и второго 3 (Иг) интегрирующих

усилителей (фиг. 4). На фазовой плоскости наряду с осями координат, соответствуюш,ими напряжениями HI и Hj, показаны линии 6, 7, 8 и 9. Этими линиями обозначены на пряжения срабатывания компараторов 6-9.

Например, есди напряжение 0 на выходе первого 2 интегрирующего усилителя больше нуля, но меньше , то срабатывает компаратор 6, если это напряжение U i больше Цч то срабатывают компараторы 7 и 9. При напряжении U на выходе второго интегрирующего усилителя 3 меньше -- Urn срабатывает компаратор 9 так как после инвертирующего усилителя 4 оно становится положительным и больше Urn. И, наконец, компаратор 8 срабатывает, если сумма напряжений Ut и Ug отрицатёльна и точка на фазовой плоскости лежит выше линии 8.

Пусть начальные условия (напряжения на конденсаторах интегрирующих усилителей 2 и 3) таковы, что срабатывает только

компаратор 8. В этом случае напряжение на его выходе соответствует логической единице, а на выходах остальных компараторов 6, 7, 9 - логическому нулю.

Изображающая точка находится в секторе V, например, в положении А. На перемножители 16-19, связанные с компараторами 6, 7 и 9, поступают напряжения низкого уровня, соответствующие нулю, следовательно, на их выходах действует напряжение равное нулю. Таким образом, после суммирования в сумматорах 20 и 21 напряжений

на выходах комбинационного логического блока 10 действуют сигналы низкого уровня, недостаточные для вклю,чения генераторов И и 12 тока. Колебания в колебательном Звене начинаются с амплитудой, соотвётствующей начальным условиям, и продолжаются по синусоидальному закону, которому на фазовой плоскости соответствует дуга АО с центром в начале координат. В момент пересечения изображающей точкой линии 8 в точке а напряжение на выходе

компаратора 8 понижается, но это не меняет Напряжений на выходах комбинационного логического блока 10. Колебания продолжаются с прежней амплитудой. Напряжения на выходах комбинационного логического блока 10 не изменяются и когда изображающая точка пересекает линию б (ось Ug). При этом срабатывает компаратор 6. Напряжение на его выходе принимает значение «1. Это напряжение не изменяет выходного .на,-. пряжения перемножителя 16, так как на входе, связанном с выходом компаратора 8, в этот момент действует «О, следовательно, произведение равно нулю и состояние выходов комбинационного логического блока 10 не меняется. Движение изображающей точки происходит до точки в. И только когда изображающая тбчка пересекает линию 8 в точке в, срабатывает компаратор 8, тогда на всех входах перемножителя 16 действуют высокие уровни. На его выходе появляется высокий уровень, который после сумматора 20 включает генератор 11 тока. Это приводит к тому, что последующее движение изображающей точки происходит от точки в к точке с по дуге новой окружности с центром в точкеoL, смещенной относитель.но начала координат влево. Когда изображающая точка достигает точки с, включается компаратор 7, который своим сигналом после инверсии в инверторе 13 закрывает перемножитель 16, при этом на первом выходе комбинационного логического блока 10 снова появляется «О, генератор 11 тока выключается и изображающая точка , движется по дуге cd окружности с центром в начале координат. В момент, соответствующей точке d, компаратор 7 выключается, открывается перемножитель 16, появляется «Ь на первом выходе комбинационного логического блока 10, включается генератор И тока, центр окружности последующего движения изображающей точки смещается в точку «j. Колебания нарастают, срабатывает компаратор 7, сигнал на первом выходе комбинационного логического блока 10 исчезает, днижение снова происходит по окружности с центром в начале координат. Затем траектория в очередной раз пересекает линию 7, . и все процессы повторяются.. Дальнейщее движение происходит вдоль. линии-7, возникает так называемый скользящий режим. Длина отрезка скользящего режима равна при oL . На фиг. 4 отрезок скользящего режима обозначен волнистой линией. В результате изображающая точка достигает точки е на окружности, соответствующей стационарным колебаниям с заданной амплитудой Um. Последующее движение.происхедит по окружности до точки f и далее до точки g, т.е. в генераторе устаиавливак5тся синусоидальные колебания с амплитудой Um. Для устранения возможных погрешностей установки уровней компараторов 6-9 используется потенцно-. метр 5, с помощью которого. уменьи1ается длительность паразитных импульсов, возникающих в окрестностях точек е, f, g. Аналогично можно рассмотреть процесс нарастания колебаний и при других начальных условиях внутри окружности стационарного режима. Если же начальные условия соответствуют точке В, находящееся вне окружности стационарного режима, то срабатывают псе компараторы 6-9. Сигналы с выходов компараторов 7 и 9 после перемножителя 18 и сумматора 21 вызывают появление «I на втором выходе комбинационного логического блока 10, который включает генератор 12 тока. Изображающая точка начинает двил ение по окружности с центром в точке oCf по дуге Вк. В MOMeEiT, соответствующий точке к, генератор 12 тока выключается до точки е. В точке е включается генератор 12 тока. При этом амплитуда колебаний последовательно уменьшается. При достижении изображающей точкой точки л возникает скользящий режим, приводящий ее по линии 6 на окружность в точку g. Длина отрезка ско.чьзиц1его режима в это.м случае равна ( cf-f -UiTi). Дальнейщее движение нроисходит iio окружности, соответствующей стационарному режиму, через точки с, f, g. Из приведенного описания работы генератора ясно, что генератор 11 тока включается, когда изображающая точка попадает в области 1 и V, а генератор 12 тока - в области II и П фазовой плоскости. Очевидно, что на окружности, соответствующей стаЦнонарному режиму, генераторы II и 12 тока не включаются, не вносят корректирующего воздействия и, следовательно, нелинейные искажения выходного напряжения минимальны. Это определяет преи.мущество предлагаемого устройства по сравнению с известным, в котором koppeктиpyющee напряжение присутствует и в стационарном режиме, приводя к существенным нелинейным искажениям. Наличие Б предлагаемом генераторе скользящих режимов работы сокращает дли тельность переходных процессов -при установлении амплитуды колебаний и делает их принципиально конечной длительности. Время переходного процесса в предлагаемом генераторе, как видно из фиг. 4, не превы-, , . - ,--. -. -. . щает J -1,5 периодов колебаний. И, что особенно важно, сокращение длительности переходных процессов не приводит к появлению нелинейных искажений. Для функционирования предлагаемого генератора ко.мбинационный логический блок 10 (фиг. 2) реализует следующие логи ческие функции над входными переменными И1И И8-Из+И5-ИгИ8Ид-. Иг,0«) ИгИ9-4-Ит-И8,(1) .где логические переменные на соответствующих выходах комбинационного логического блока 10. и на выходах соответствующих компараторов 6-9, Каждое слагаемое в Ищо) и ИгС«)отрау жает комбинацию логических переменных, при которой происходит включение генераторов 11 и 12 тока. Так, при появлении «I на выходах компараторов 9 и 7, что соответствует области II фазовой плоскости, Игио) принимает значение «1 и включается генератор 12 тока. Этот же генератор 12 тока включается, когда «1 появляется на выходе компаратора 7, а «О - на выходе компаратора 8, что соответствует области 1П. При любых других состояниях компараторов 6-9 Иг(1( принимает значение «О. Логическая «1 на первом выходе комбинационного логического блока 10 появляется также в двух случаях, когда срабатывают компараторы 8 и 6, по еще не сработали компараторы 9 и 7 - это соответствует области 1, ограниченной oger, и когда срабатывает компаратор 9, но еще не сработал компаратор 8, т .е. в области IV. Учитывая это, легко понять как работает генератор синусоидального напряжения, в котором комбинационный логический блок 10 выполнен по второму варианту (фиг. 3). В этом комбпнацнонном логическом блоке 10 реализуются следующие логические функции: . Вых. / Micicj H8-H9 -И-%Иг-И8-И9 ; ИгисИИгИэ + НуИв + (2) Логические функции 2 отличаются от логических })ункций (1) только наличием слагаемого И -И -И Если обратиться к фазовой плоскости, то видно, что это слагаемое принимает значение «1, если изображающая точка попадает в область V, ограниченную треугольником orf. Появление единицы на первом выходе комбинационного логического блока 10 приводит к включению генератора 11, тока, тогда- траектория движения изображающей точки проходит вдоль кривой Аа, ecde При этом время достижения изображающей точкой окружности (т.е) сокращается почти на 20% при тех же нелинейных искажениях. Как видно из анализа работы генератора в областях И, ИГ и IV происходит уменьщение амплитуды колебаний, а-в областях I и V - увеличение.. Для стабилизации колебаний достаточно иметь но одной области управления вне и внутри окружности стацио нарного режима, например, I и И или I и III. При этом упрощается схема комбинационного логического.,блока 10, но возрастает длительность переходных процессов либо вне, либо внутри окружности. Вых. 2

Фиг.г

15

Ш о-

18 -о22

/7 -о19

23

21

Фиг.З

i6

20

8

Фиг. 4