Автогенератор Советский патент 1985 года по МПК H03B5/26 

1

Изобретение относится к импульс ной технике и может быть использовано для получения синусоидального напряжения с малым содержанием гармоник.

Цель изобретения - снижение нелинейных искажений.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая-схема устройства; на .2 - эпюры, поясняющие его работу

Устройство содержит усилитель I, выход которого соединен с шиной 2 Выход и первым выводом моста Вина 3, второй вывод которого подключен к неинвертирующему входу усилителя 1, а третий вывод - к общей шине, выход усилителя соединен с входами выпрямителя 4, первого а ттенюатора 5 и усилителя-ограничителя 6, выход которого подключен к дифференциатору 7, элемент 8 и хранения, вход которого соединен с выходом выпрямителя 4, первый 9 и второй 10 вентили, блок 11 управления, дифференциальный усилитель 12, интегратор 13, второй аттенюатор 14, первый 15 и второй 16 инверторы, первый 17 и второй 18 резисторы, сумматор 19, причем выход дифференциатора 7 подключен к аноду первого вентиля 9, катод которого соединен с управляющим входом выпрямителя 4, выход дифференциатора 7 соединен также с катодом второго вентиля IО, анод которого подключен к управляющему входу элемента 8 выборки и хранения, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя 12, второй вход которого подключен к второму выходу блока 11 управления, а выход через интегратор 13 связан с управлякяцим входом первого аттенюатора 5 и через первый инвертор 15 с управляющим входом второго аттенюатора 14, первые выходы первого 5 и второго 14 аттенюаторов, первый вывод первого резистора 17 и первьм вывод сумматора 19 соединены с общей шиной, второй вывод первого резистора 17 и первый вывод второго резистора 18 соединены с первым входом сумматора 19, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам первого 5 и второгр 14 аттенюаторов, а выход - к инвертирующему входу .усилителя 1, вход второго аттенюатора 14 через второй инвертор 16 соединен с входом пер53 2

вого аттенюатора 5 и вторым выводом второго резистора 18.

Предлагаемый автогенератор работает следующим образом. На выходе усилителя 1, в цепь положительной обратной связи которого включен мост Вина З.при подаче напряжения питания на элементы устройства возникают автоколебания. Частота колебаний равна частоте квазирезонанса моста Вина 3. Известно, что колебательный процесс будет незатухающим, если коэффициент передачи усилителя 1 поддерживается с помощью

цепи отрицательной обратной связи равным .

. Сигнал с выхода усилителя 1 (фиг.2а)поступает на шину 2 выход и усилитель-ограничитель 6. Нулевой

уровень усилителя- ограничителя задается с первого выхода; блока 11 управления приблизительно равным его температурному смещению нуля, благодаря чему снижается временная погрешность

привязки фронтов сформированного, ограничителем сигнала к моментам пересечения синусоидальным сигналом нулевого уровня.

Прямоугольные импульсы, сформированные усилителем-ограничителем 6 дифференцируются дифференциатором 7 (фиг.26J, с постоянной времени дифференцирования много меньшей периода колебаний. Полученные импульсы разветвляются вентилями 9 и 10. Отрицательные импульсы управляют элементом 8 выборки и хранения, в момент поступления которых происхс дит запоминание значений выходного напряжения

выпрямителя 4, детектирующего и

сглаживающего синусоидальиые колебания, поступающие с выхода усилителя 1. -Сигнал на выходе выпрямителя 4 представлен на фиг.2в. В силу известных закономерностей заряда и разряда накопительной емкости фильтра выпря : мителя, огибающая сигнала имеет вид пилообразного напряжения с амплитудой, увеличивающейся с убыванием частоты колебаний.

Выборка и запоминание напряжения в моменты появления отрицательных импульсов с выхода дифференциатора 7 позволяет получить напряжение управления, ступенчатой формы (фиг.2г) с независимой от времени амплитудой ступенек. Отличительной особенностью напряжения управления, формируемой предлагаемой структурой является не зависимость амплитуды ступенек от частоты колебаний, так как моменты выборок строго привязаны к началу разряда накопительного конденсатора фильтра выпрямителя 4 (не показан. Вместе с тем амплитуда ступенек уменьшается при выравнивании огибаю щей колебаний и в стационарном режи ме работы генератора оказывается весьма малой. Для того чтобы выработка напряжен управления происходила без значительных задержек относительно момен тов возможности снижения амплитуд колебаний, конденсатор сглаживающег фильтра выпрямителя 4 периодически частично разряжается положительными импульсами, поступающими на управля ющий вход выпрямителя 4 через вентиль 10 (в процессе принудительного разряда,-фиг.2, не показан. Полученное таким образом напряжение управления с выхода злемент 8 выборки и хранения поступает на первый вход дифференциального усилителя 12,.на второй вход которого подается опорное напряжение с второго выхода блока П управления. Усиленная разность указанных напряжений поступает на интегратор 13 сигнал на выходе которого пропорционален накопленному в нем заряду. Этот сигнал является управляющим Щ1Я первого аттенюатора 5. На вход второго аттенюатора 14 сигнал упраленйя поступа.ет с выхода интегратора через инвертор 15, в котором осуществляется инверсия полярности входного напряжения . Например, положительному и возрастахш ему напряжению ла управлящем входе аттенюатора 5 срответстх,ует отрицательное и убывающее напряжение на управляющем входе второго аттенюатора 14. Инвертор 15 может быть реализован в виде усилителя постоянного тока вход которого является инвертирующим. Таким образом, сигнал управления изменяет коэффициенты передачи первого и второго аттенюаторов взаимно обратным образом: увеличение.одного из них сопровождается уменьщением другого.. На сигнальные входы аттенюаторов 5 и 14 поступают противофазные колебания с равными амплитудами. Инверсия фазы осуществляется инвертором 16, имеющим козффнциент передачи равньй единице. Изменение амплитуды колебания на выходе усилителя I сопровождаётся взаимно обратным изменением противофазных сигналов на выходах первого 5 и второго 14 аттенюаторов. В стационарном режиме генератора напряжение на выходе интегратора 13 близко к нулю, а противофазные сигналы с выходов аттенюаторов малы и равны один другому. Напряжение с выхода делителя, включающего резисторы 17 и 18,поступает на вход сумматора 19. Коэффициент передачи Kg-Kjj K, где Kj - коэффициент передачи делителя. К- коэффициент передачи сумматора с первого входа, устанавливается . близким к 1/3 с помощью резистора .18. При этомкоэффициент передачи по цепи положительной обратной связи приближается к единице. На второй вход сумматора 19 поступает синфазный сигнал с выхода первого аттенюатора 5, на третий вход - противофазный сигнал с второго аттенюатора 14. Сумматор 19 может быть выполнен, например, на резисторах, не искажаюЕих сигнал. В нестационарном (неустановивщемся) режиме устройство работает следующим образом. Возможное, например при перестройке частоты, падение амшуитуды колебаний сопровождается уменьшением напряжения на первом входе дифференциального усилителя 12 и появлению отрицательного сигнала на управляющем входе первого аттенюатора 5 и положительного - на управлякяцем входе второго аттенюатора 14. В связи с этим напряжение с выхода первого аттенюатора убывает, с второго возрастает. Поскольку последнее противофазное напряжению делителя на резисторах 17 и 18. Сигнал на выходе сумматора уменьшается, вызывая тем самым рост выходного напряжения усилителя I. Таким образом, автоматическая регулировка поддерживает постоянство амплитуды генератора. В стационарном режиме возможное зменение коэффициента передачи етли положительной обратной связи ызвано в основном медленным темпеатурным дрейфом параметров некоорых элементов устройства, например.

коэффициента передачи моста Вина. Процесс автоподстройки уровня сигнала в данном режиме принципиально не отличается от рассмотреннох-о, .

Стационарный режим работы, с точки зрения практического использовакия генератора является оснозны -и Именно в этом режиме реализуются преимущества гфедп.згаемого устройства сякзан1-1Ь е с малым уровнен гармош-ш выходного сигнала.

Б стационарном режиме изменение капряжен 5Я на выходе управляемого делителя, достаточное ,цля поддержания постоянства выходного напр5И е- НИЛ uta много м-аньше его среднего значения Едэ т.ач:

uEq « Eg. (I)

В Устройстве среднее значение ;-.апря7кения Е,, , поступающее на ин BepTKP7ica55rt вход усиллгеля 1 задаетC;-i леЛгГГеЛеМл ЕЬ;Г:О/1г:.;:ЛНЫМ

на pasHcrcjssx J7 и 18, Необходнмьш коэффициент передачи 1/3 устанавливется регулировкой резистора 13. Поскольку сопротивление резисторО)з в используемом да апазопе напряжений кй зависит от пряпоженного напряжедлкэ делитель не дает нелинейных искажений. Необходимое для азюподстройки изменение иаг ряжекия

д с; на инвертирующем входе v теля : oOiasy-c-.TCH за счет сыещения

Е сумматоре 9 напряжения Е с вьг .-d

ходныки противофазньн 1:; сигнала Е1

первого и второго аттенюаторов Е.. Причем максимальные значения Е

АТТ могут быть не менее ДЕа :

ьЕс

It

Учитывая неравенство

записать

10

1(пт1мо1кс 1 EfrTTiwoKC fвыи.генер (3)

Используемые в предлагаемом уст- :ройстве аттенюаторы должны быть параллельного типа. А именно, входной сигнал аттенюатора подается на первый вывод резистора, второй вывод которого соединен с выходом аттенюатора и одним из выводов управляемого сопротивления например, стоком

транзистора), вторая клемма которого (исток) подключена к общей шине.

Имея ввиду выражения (з), нужно .отметить, что в этом случае на управляе1угых элементах падает весьма малая часть входного напряжения аттенюаторов.

Практически, напряжение на управляемых элементах на два и более порядков меньше напряжения E/f Т;ущест. -венное снижение напряжения, подводимого управляемым нелинейным сопротивлением аттенюаторов в устройстве , позволяет значительно снизить содержание гармоник в генерируемом

сигнале.

фиг.2

АВТОГЕНЕРАТОР, содержащий усилитель, выход которого соединен с выходной шиной и первым выводом моста Вина, второй выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя, а третий вывод - к общей шине, выход усилителя соединен с входами выпрямителя, первого аттенюатора, усилителя-ограничителя, выход которого подключен к входу дифференциатора, элемент выборки и хранения, вход которого соединен с выходом выпрямителя, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью снижения нелинейных искажений, в него введены первый и второй вентили, блок управления, дифференциальный усилитель, интегратор, второй аттенюатор, первый и второй инверторы, первый и резисторы, сумматор, причем , выход дифференциатора подключен к аноду первого вентиля, катод которого соединен с управляющим входом выпрямителя, к катоду второго вентиля, анод которого подключен к управляю.щему входу элемента выборки и хранения , выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, а выход через интегратор соединен с управляющим входом первого аттенюатор а и через первый инверторс управляияиим входом второго аттенюа(Л тора, первые выходы первого и второго аттенюаторов, первый вывод первого резистора, первый выход сумматора соединены с общей шиной, второй вывод первого резистора и первый вывод второго резистора соединены с первымвходом сумматора, второй и третий входы которого подключены соответст QO венно к выходам первого и второго О 4 аттенюаторов, а выход - к инвертирукж ему входу усилителя, причем вход :л второго аттенюатора через второй :о инвертор соединен с входом .первого аттенюатора и вторым выводом второго резистора.