Функциональный генератор с синхронизацией частоты Советский патент 1990 года по МПК G06G7/26 

14)

Изобретение относится к устройствам, формирующим электрические сигна- Лы нескольких форм как в режиме ав- 1гоколебаний, так и в режиме синхрони- $ации внешним периодическим сигналом, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. If .

Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей за счет фор- мирования на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала На фиг.1 изображена функциональная олектрическая схема генератора; на оиг.2 - временные диаграммы, поясняю- цие работу отдельных блоков генератора в режиме синхронизации частоты; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие процесс формирования сдвинутых г|о фазе сигналов.

Функциональный генератор с синхронизацией частоты содержит блок 1 управления частотой, переключатель 2, Интегратор 3, функциональный преобра- эователь 4, релейный элемент 5, анализатор 6 амплитуды, интегрирующий г лемент 7, ограничительный элемент 8, Неременный резистор 9, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шее- той масштабные резисторы 10-15, шину 16 положительного опорного напряжения, вход 17 синхронизации генератора,, двухполупериодный выпрямитель 18, инвертор 19, седьмой 20, восьмой 21, девятый 22 и десятый 23 масштабные Ьезисторы, синусный функциональный преобразователь 24, сумматор 25 и ||слюч 26,

I Генератор работает в нескольких режимах.

Режим свободных автоколебаний осуществляется при отсутствии сигнала йа входе 17 синхронизации генератора. $ замкнутом контуре из последователь- но включенных переключателя 2, интегратора 3, резистора 11 и релейного Элемента 5 устанавливаются устойчивые Автоколебания, которые на выходе интегратора 3 имеют треугольную форму, Я на выходе релейного элемента 5 - прямоугольную. На выходе первого функционального преобразователя k Образуется сигнал синусоидальной формы, Амплитуда треугольных сигналов равна порогу срабатывания релейного флемента 5 с гистерезисной характеристикой. Частота свободных-колебаний Определяется величиной напряжения,

0

5 о

0

0

5

снимаемого с подвижного контакта переменного резистора 9, которое через первый масштабный резистор 10 прикладывается к входу блока 1 управления частотой. Последний преобразует входной сигнал в токи, поступающие через переключатель 2 на вход интегратора 3, в результате чего происходит линейное/преобразование величины входного сигнала блока 1 управления частотой в частоту следования импульсов нескольких форм. В режиме свободных колебаний для избежания переходных процессов установления частоты масштабный резистор 1 отключают от входа блока 1 управления частотой (с помощью переключателя, не показан).

Режим синхронизации частоты осуществляется при наличии напряжения U,7 непрямоугольной формы на выходе 17. Сигнал Uj 8)гна входе релейного элемента является суммой сигналов U3 с вы- ,хода интегратора и сигнала Uf7. Для удобства построения суммарного сигнала форма сигнала, U,T на временных диаграммах (фиг.2) принимается треугольной. Рассмотрим два возможных типа переходных процессов при синхронизации частоты внешним сигналом.

Первый тип переходного процесса (фиг.2а) возможен, если частота свободных колебаний в генераторе ниже частоты внешнего сигнала. Крутизна треугольного напряжения U3 в начале переходного процесса такова, что при переключениях релейного элемента 5 с частотой напряжения амплитуда U. оказывается меньше заданной. На выходе анализатора 6 амплитуды формируется ступенчатое напряжение Uc отрицательной полярности, пропорциональное амплитуде U3. Сигнал U6 суммируется с сигналом положительной полярности с шины 16, в результате чего на входе интегрирующего элемента формируется сигнал U7BS пропорциональный отклонению амплитуды U5 от заданной величины. На выходе интегрирующего элемента 7 напряжение UT изменяется по линейному закону в положительную сторону. Суммарный сигнал на входе блока управления частотой U Ua+Ui7 также увеличивается, что приводит к увеличению крутизны и амплитуды сигнала иь. Сигнал на выходе интегратора оказывается постоянным по уровню, когда амплитуда U3 сравнивается с заданной.

Ограничительный элемент 8 ограничивает уровень выходного напряжения 1Ц интегрирующего элемента в начале переходного процесса, когда сигнал на выходе анализатора 6 амплитуды равен 0.

Второй тип переходного процесса возможен (фиг.26), если частота свободных колебаний генератора выше час тоты внешнего сигнала. Амплитуда U3 оказывается выше заданной, на выходе анализатора 6 амплитуды формируется напряжение Ufc , которое, суммируясь с сигналом шины 16, дает сигнал U7 отрицательной полярности. На выходе интегрирующего элемента 7 напряжение

U,, изменяется по линейному закону в отрицательную сторону до момента, когда амплитуда U3 сравняется с заданной.

Формирование сдвинутого по фазе на 90° относительно сигнала на выходе интегратора 3 треугольного сигнала обеспечивается тем (фиг.З), что поступающие на вход двухполупериодного выпрямителя 18 сигналы треугольной формы и3 преобразуются в треугольные сигналы u BWIf (J и U g,(X fj удвоенной частоты. К этим сигналам за счет связи выходов выпрямителя 18 через масштабные резисторы 20 - 23 с выходом и входом инвертора 19 добавляются постоянные составляющие, пропорциональные напряжению с шины 16. В результате суммирования сумматором 25 сигналов U6b|)f j0 и U вмх tf учетом инвертирования формируется сигнал Ugbtxir, который сдвинут по фазе относительно

15 синусоидальных сигналов, однако фазовые соотношения сигналов с выходов функциональных преобразователей в переходных процессах не нарушаются. Предложенный принцип построения двух20 фазного генератора позволяет обеспечить уменьшение длительности переходных процессов, что особенно важно на инфранизких частотах, по сравнению с синхронизируемым генератором, в

25 котором используются измерители фазы или частоты.

30

35

Формула изобретения

функциональный генератор с синхронизацией частоты по авто св. № , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала, в него введены двухполупериодный выпрямитель, ключ, сумматор, инвертор, седьмой, восьмой, девятый и десятый

U3 на 90°. Временные диаграммы (фиг.З) 40 масштабные резисторы и синусный функциональный преобразователь, причем вход двухполупериодного выпрямителя подключен к выходу интегратора, прямой выход двухполупериодного выпрями- 45 теля через последовательно соединенпоказывают, что переходные процессы при синхронизации внешним сигналом могут влиять только на форму сдвинутого на 90° треугольного сигнала ибЬ)х .jj. Последующее преобразование выходного сигнала сумматора в синусоидальный сигнал с помощью второго функционального преобразователя 24 позволяет получить на дополнительном выходе квадратурный синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе относительно сигнала с выхода первого функционального преобразователя на 90°.

Таким образом, в предлагаемом устройстве синхронизация частоты внешним сигналом непрямоугольной формы осуществляется за счет обеспечения режима вынужденных колебаний в автоколебательном контуре, состоящем из элемен50

55

ные седьмой и восьмой масштабные резисторы соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к шине положительного опорного напряжения и через последовательно соединенные девятый и десятый масштабные резисторы подключен к инвертирующему выходу двухполупериодного выпрямителя, общий вывод девятого и десятого масштабных резисторов соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющий вход соединен с выходом релейного элемента, общие выводы седьмого

Q

тов 2,3,11 и 5. Неизменность амплитуды сигнала треугольной формы, преобразуемого в синусоидальный сигнал, осуществляется за счет введения контура амплитудной стабилизации.

Нелинейное преобразование треугольного сигнала с выхода интегратора 3 позволяет получить сдвинутый по фазе треугольный сигнал с последующим его преобразованием в синусоидальный. Переходные процессы, связанные с синхронизацией частоты, вызывают кратковременные искажения формы выходных

5 синусоидальных сигналов, однако фазовые соотношения сигналов с выходов функциональных преобразователей в переходных процессах не нарушаются. Предложенный принцип построения двух0 фазного генератора позволяет обеспечить уменьшение длительности переходных процессов, что особенно важно на инфранизких частотах, по сравнению с синхронизируемым генератором, в

5 котором используются измерители фазы или частоты.

Формула изобретения

функциональный генератор с синхронизацией частоты по авто св. № , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала, в него введены двухполупериодный выпрямитель, ключ, сумматор, инвертор, седьмой, восьмой, девятый и десятый

масштабные резисторы и синусный функциональный преобразователь, причем вход двухполупериодного выпрямителя подключен к выходу интегратора, прямой выход двухполупериодного выпрями- теля через последовательно соединен

ные седьмой и восьмой масштабные резисторы соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к шине положительного опорного напряжения и через последовательно соединенные девятый и десятый масштабные резисторы подключен к инвертирующему выходу двухполупериодного выпрямителя, общий вывод девятого и десятого масштабных резисторов соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющий вход соединен с выходом релейного элемента, общие выводы седьмого

и восьмого масштабных резисторов и девятого и десятого масштабных резисторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора,

выход которого через синусный функциональный преобразователь соединен с дополнительным выходом квадратурного синусоидального сигнала генератора.

Изобретение относится к устройствам, формирующим электрические сигналы нескольких форм как в режиме автоколебаний, так и в режиме синхронизации внешним периодическим сигналом, и может найти применение в автоматике, приборостроении, вычислительной и информационно-измерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок 1 управления частотой, переключатель 2, интегратор 3, релейный элемент 5, первый функциональный преобразователь 4, контур стабилизации амплитуды (блоки 6, 7, 8), переменный 9 и масштабные 10-15 резисторы, введены двухполупериодный выпрямитель 18, инвертор 19, ключ 26, сумматор 25, второй функциональный преобразователь 24 и четыре масштабных резистора 20-23. Нелинейное преобразование треугольного сигнала с выхода интегратора 3 позволяет получить сдвинутый по фазе треугольный сигнал с последующим его преобразованием в синусоидальный. 3 ил.

R - У

s

5Zt7I ZTI Z zry

XX

УУ УЧ

z

хч .x

/

Фиг1

z

хч .x

sT

Щиг.З

V

/