Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний Советский патент 1993 года по МПК H03B5/26 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться для формирования низкочастотных гармонически/ сигналов.

Целью изобретения является повышение стабильности амплитуды и частоты выходных колебаний.

На чертеже представлена структурная электрическая схема управляемого напряжением генератора синусоидальных колебаний.

Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний содержит (фиг. 1) суммирующе-интегрирующее звено 1, блок интегрирования 2, инвертор 3, третий перемножитель 4, второй сумматор 5, второй перемножитель 6, пятый перемножитель 7, первый сумматор 8, первый пере.множитель 9, четвертый перемножитель ТО, делитель напряжения 11.

Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний работает следующим образом.

Работа основана на реализации решения абстрактно составленного уравнения

у + (1) и решения вспомогательного уравнения контура амплитудно-частотной стабилизации . . : .

У2 + (У-Ч) Wo-ft o 0(2) где УЬ - частота выходного синусоидального сигнала.

Решением дифференциального уравнения при нулевых начальных условиях (to 0; Уо 0; уо U) является:

у 1 + sin (Oo t(3) гармонические колебания с единичным смещением и амплитудой. Такое решение обеспечивается равенством коэффициента при у и правой части в уравнении (1). Преобразуем уравнение (1)

Ау + у 1й)

О) о

Амплитуда выходного сигнала здесь определяется правой частью и может принимать при конкретной реализации схемы любые значения, а частота - коэффициентом при у. Оба коэффициента задаются информационно, а не параметрически. В связи с тем, что реальные интеграторы не являются с точки зрения теории автоматического управления идеальными звеньями, уравнение;более точно описывающее работу, запишется следующим образом:

У + Кд у + ш о у ft о ,(5) где Кд- коэффициент демпфирования, являющийся достаточно малой величиной

(Кд « о о). Можно показать, что его появление приведет к дестабилизации частоты и амплитуды (затуханию). Здесь предоставляется возможность использовать второе преимущество исходного уравнения, которое

позволяет сформировать разностный сигнал, определяемый уравнением (2). Если в него подставить решение 3, различая при этом о и иь - текущую и заданную частоту соответственно, то мы получим требуемый

Q. сигнал и далее традиционным способом сможем сформировать сигнал коррекции (умножением на выходной сигнал блока интегрирования с последующей подачей на . его вход с обратным знаком и эксперимен5 тально подобранным коэффициентом). Поскольку заданная частота оь в силу самого исходного уравнения определяет частоту колебаний и постоянство их амплитуды, то в итоге мы решаем задачу как амплитудной,

0 так и частотной стабилизации одновремен- но.

Осуществляется этот алгоритм функционирования следующим образом. При подаче напряжения питания, а также входного

5 напряжения, пропорционального (Do происходит его последовательное интегрирование суммирующе-интёгрирующим звеном 1 и блоком интегрирования 2. Полученный сигнал инвертируется инвертором 3 и посту0 пает на перемножитель 4, на второй вход которого подается входное напряжение. Выходной сигнал этого блока поступает на входсуммирующё-интегрирующего звена 1, замыкая таким образом основной контур ге5 нерирования и обеспечивая реализацию уравнения 1. В установившемся режиме при условии То RC 1 имеют место следующие соотношения:

Увх

У2 У 1 + Sin 0)1

У12 У (О COSGJt

уз1 (1 + slnwt)(6) Входными сигналами для контура ампли5 тудно-частотной стабилизации являются выходной сигнал у2 и его первая производная yi2, из которых схема контура формирует с помощью трех блоков перемножения 6, 7, 9 и двух сумматоров 5, 8 разностный сиг0 нал -О). Этот сигнал регулирует амплитуду непрерывного сигнала коррекции уз1 в цепи обратной связи, охватывающей суммирующе-интегрирующее звено посредством блока перемножения 10, обра5 зуя по существу следящую систему по (г). Второй сумматор 5 служит для компенсации постоянной составляющей выходного сигнала, Глубина обратной связи регулируется делителем напряжения 11 и подбирается экспериментально.

0

Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:

1. Одновременная амплитудно-частот- ная стабилизация генерируемого сигнала. Данный положительный эффект достигается за счет реализации принципиально нового определяющего дифференциального уравнения, в силу которого частота генери- руемых колебаний задается информационно, входным напряжением, а их амплитуда - величина постоянная, не зависящая от заданной частоты. Схема дает возможность выделить разность между текущей и задан- ной частотой. Эту задачу решает контур стабилизации, вырабатывающий непрерывный сигнал коррекции, пропорциональный этой разности, образуя следящую систему, работающую по отклонению . Контур коррекции, физически осуществляя стабилизацию амплитуды, стабилизирует и частоту, поскольку именно ее значение определяет амплитуду сигналов, используемых для формирования корректирующего сигнала.

2. Инвариантность по отношению к начальным условиям. Другими словами данное преимущество выражается в том, что предлагаемый генератор не чувствителен к возмущениям на выходах суммирующе-ин- тегрирующего звена t и блока интегрирования 2, т.е. выходит на установившийся режим при любых их значениях, что было подтверждено в многочисленных экспериментах на его макете. Отсюда же вытекает устойчивость работы к любым другим типам возмущений (нестабильность питания, дрейф нулей, наводки в коммутационных цепях и пр.), приводящих к отклонению амплитуды и частоты. Данный положительный эффект также является следствием введения контура коррекции, реализация которо- . го возможна только для данной структурной схемы основного контура.

Формула изобретения

Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний, содержащий суммирующе-интегрирующее звено, выход которого соединен с первым и вторым входами первого перемножителя, блок интегрирования, второй перемножитель, третий перемножитель, первый сумматор, выход которого подключен к первому входу четвертого перемножителя, пятый перемножитель, при этом выход третьего перемножителя, соединен с первым входом суммирующе-интегрирующего звена, выход четвертого перемножителя через делитель напряжения соединен с вторым входом суммирующе-интегрирующего звена, третий вход которого является входом управляющего сигнала, первый вход четвертого перемножителя подключен к выходу первого сумматора, второй вход четвертого перемножителя соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом первого суммат тора, второй вход второго перемножителя соединен с его первым входом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды и частоты выходных колебаний, между выходом блока интегрирования и первым входом третьего перемножителя введен инвертор, между выходом блока интегрирования и первым входом второго перемножителя введен второй сумматор, второй вход которого является входом опорного напряжения, пятый перемножитель включен между выходом второго перемножителя и вторым входом первого сумматора, второй вход пятого перемножителя соединен с третьим входом первого сумматора, вторым входом третьего перемножителя и с третьим входом суммирующе-интегрирующего звена, выход которого подключен к входу блока интегрирования.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться для формирования низкочастотных гармонических сигналов. Целью изобретения является повышение стабильности амплитуды и частоты выходных сигналов. Управляемый напряжением генератор синусоидальных колебаний содержит суммирующе-интегри- рующее звено 1, блок интегрирования 2, инвертор 3, третий перемножитель 4, второй сумматор 5, второй перемножитель 6, пятый перемножитель 7, первый сумматор 8, первый перемножитель 9, четвертый перемножитель 10, делитель напряжения 11. Цель изобретения достигается благодаря наличию корректирующей обратной связи. 1 ил.