RC-генератор синусоидальных сигналов Советский патент 1993 года по МПК H03B5/26 

Изобретение относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть ис- пользовано в измерительных генераторах низкочастотных сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение неравномерности уровня выходного напряжения в диапазоне частот.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного RC-re- нератора синусоидальных сигналов. Он содержит цепь 1 управляемой положительной обратной связи, широкополосный дифференциальный усилитель 2, фазирующую цепь 3, преобразователь 4 уровня сигналов, введенный управляемый второй переключатель 5, стробирующий детектор б, пиковый детектор 7, введенный управляемый первый переключатель 8, усилитель-ограничитель 9, первый резистивный сумматор 10 напряжения, интегратор 11, первый источник 12 опорного напряжения, второй источник 13 опорного напряжения, второй резистивный сумматор 14 напряжения, преобразователь

15 переменного напряжения в постоянное. Преобразователь 4 уровня сигнала выполнен на операционном усилителе 16 (ОУ) и первом и втором резисторах 17 и 18 (R1 и R2).

На чертеже приняты обозначения: 11Д - выходное напряжение детектора; Don per - регулируемое опорное напряжение; 11Вых - выходное напряжение генератора,

RC-генератор синусо дальных сигналов работает следующим образом.

Основу генератора составляет колебательное звено, состоящее из широкополосного дифференциального усилителя 2, фазирующей цепи 3 (RC-цепь Т-образного типа), включенный в цепь отрицательной обратной связи (ОС), цепи 1 управляемой положительной обратной связи. Цепь 3 выполнена в виде набора резисторов и конденсаторов с точными значениями сопротивлений и емкостей. Колебания возникают в колебательном звене при воздействии на него сигналов управления амплитудой (через цепь 1), которые изменяют коэффициент

(Л

С

00

со

00

оо°

XI

N

GJ

передачи цепи положительной ОС, и при воздействии сигналов управления частотой, уровень которых определяется значениями сопротивлений и емкостей RC-элементов фазирующей цепи 3. Высокая точность установки и стабильность амплитуды выходного синусоидального сигнала достигаются благодаря системе автоматической стабилизации амплитуды (АСА), включающей в себя преобразователь 4 уровня сигнала, введенные управляемые первый и второй переключатели 8 и 5, стробирующий детектор 6, пиковый детектор 7, усилитель-ограничитель 9, первый резистивный сумматор 10 напряжения, интегратор 11, первый источник 12 опорного напряжения, второй источник 13 опорного напряжения, второй резистивный сумматор 14 напряжения, преобразователь 15 переменного напряжения в постоянное.

Использование интегратора 11, источника 13, сумматора 14 и преобразователя 15 значительно повышает коэффициент стабилизации системы АСА и, как следствие, улучшает АЧХ RC-генератора по сравнению с прототипом.

При выполнении условий самовозбуждения переменное напряжение с выхода усилителя 2 поступает на преобразователь 15, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока. Выходное напряжение преобразователя 15, содержащее как постоянную, так и переменную составляющую, сравнивается в сумматоре 14 с опорным напряжением источника 13 и с выходным переменным напряжением усилителя 2. В результате на вход интегратора 11 поступает разность напряжений, содержащая остаточное значение переменной составляющей, дополнительно фильтруемой интегратором 11. Выходное напряжение последнего сравнивается в сумматоре 10с опорным напряжением источника 12 и с выходным напряжением усилителя 2. Разност- ный сигнал с выхода сумматора 10 поступает на вход усилителя-ограничителя 9, выходной сигнал которого в виде отсеченных вершин синусоиды попадает на вход детектора 6 при работе RC-генератора в начале диапазона низких частот (например, 5 Гц-5 кГц) либо на вход детектора 7 при работе RC-генератора в остальном диапазоне низких частот (например, 5-500 кГц),

Применение стробирующего детектора в начале диапазона низких частот позволяет существенно уменьшить время установления колебаний, т.е. повысить быстродействие. Это объясняется значительно меньшей инерционностью стробирующего детектора по сравнению с пиковым. В остальном диапазоне низких частот более простым и достаточно эффективным является пиковый детектор. Стробирующий детектор 6 управляется двумя сигналами - с первого и со

второго выходов фазирующей цепи 3. Коммутации выхода усилителя-ограничителя 9 и входа преобразователя 4 осуществляются одновременно соответственно первым переключателем 8 и вторым переключателем

о. Выходной сигнал Пд используемого детектора (6 или 7) попадает на вход преобразователя 4, где изменяется как его уровень, так и полярность. Входной сигнал 11д преобразователя 4 попадает на неинвертирующий вход операционного усилителя 16, на инвертирующий вход которого через резистор R2 подается регулируемое опорное напряжение Don per. В цепь отрицательной ОС усилителя 16 включен резистор R1. Благодаря выбранному построению преобразователя 4, уровень входного сигнала Од может изменяться от единиц Вольт до долей Вольта, что непосредственно влияет на размах остаточного пилообразного напряжения в

сигнале 1)д. Снижение UA до 0,3...0,5 В значительно уменьшает размах остаточного пилообразного напряжения в 11д. А это, в свою очередь, существенно повышает скорость восстановления колебаний при переключениях частоты и уменьшает коэффициент гармоник Кг выходного синусоидального сигнала.

Механизм уменьшения Кг состоит в следующем. Сопротивление канала полевого транзистора, используемого в качестве цепи 1 управляемой положительной ОС, зависит от уровня сигнала управления, поступающего на его вход с выхода преобразователя 4. Если этот сигнал содержит остаточное пилообразное напряжение большого уровня, то в течение периода этого напряжения большими будут и изменение сопротивления канала сток-исток полевого транзистора, как правило выполняющего фиксацию цепи 1, и изменение глубины положительной ОС. Как следствие, большим будет и коэффициент гармоник Кг выходного сигнала. Для уменьшения Кг не- г обходимо увеличить постоянную времени

детектора (6 или 7), что уменьшает размах остаточного пилообразного напряжения. Но это ведет к снижению быстродействия генератора. Поэтому выбирая с точки зрения требуемого быстродействия постоянную времени детектора, необходимо снижать значение Кг путем понижения уровня сигнала ид. Так, если ид«-4 В, то размах пилообразного напряжения в нем 20-25 мВ, а Кг-0.015%.Еслижеид--0,ЗВ.торазмах

ЗмВ.а Кг-0,002%.

Вместе с тем, на управляющем входе цепи 1 должен быть сигнал высокого уровня (например +1,5 В). Таким образом преобразователь 4 обеспечивает получение сигнала высокого уровня на входе преобразо вателя 4 при низком уровне сигнала ид, что достигается при помощи напряжения Don per.

Новое построение предложенного генератора и использование в нем новых блоков и элементов в определенном включении позволило значительно повысить быстродействие генератора в начале диапазона низких частот и снизить неравномерность уровня выходного сигнала во всем диапазоне частот.: Помимо того, что оказалось возможным в среднем на порядок снизить коэффициент гармоник выходного сигнала. (1ри этом у потребителей предложенного генератора нет необходимости в использовании (совместно с генератором) дорогостоящего электронного вольтметра высокой точности, работающего в широком диапазоне частот.

Формула изобретения

RC-генератор синусоидальных сигналов, содержащий широкополосный дифференциальный усилителы цепь управляемой положительной обратной связи, которая включена между выходом и неинвертирую- щим входом широкополосного дифференциального усилителя, между выходом и инвертирующим входом которого включена фазирующая цепь, пиковый детектор, усилитель-ограничитель, первый источник опорного напряжения, первый рези- стивный сумматор напряжения, первый vt второй входы которого подключены соответственно к выходу первого источника опорного напряжения и выходу широкополосного дифференциального усилителя, который также является выходом НС-генератора синусоидальных сигналов, при этом вход фазирующей цепи подключен к выходу широкополосного дифференциального усилителя, к инвертирующему входу которого

подключен первый выход фазирующей цепи, а выход первого резистивного сумматора напряжения подключен к входу усилителя-ограничителя, отличающий- 5 с я тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения неравномерности уровня выходного напряжения в диапазоне частот, введены преобразователь уровня сигнала, стробирующий детектор, последовательно

10 соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, второй ре- зистивный сумматор напряжения и интегратор, выход которого подключен к третьему входу первого резистивного сум15 матора напряжения, преобразователь уровня сигнала выполнен на операционном усилителе и последовательно соединенных первом и втором резисторах, при этом первый резистор включен между выходом и ин0 вертирующим входом операционного усилителя, другой выход второго резистора является входом регулируемого опорного напряжения преобразователя уровня сигнала, выход усилителя-ограничителя соединен

5 с входами стробирующего детектора и пикового детектора через введенный управляемый первый переключатель, выходы стробирующего детектора и пикового детектора соединены с неинвертирующим вхо0 дом операционного усилителя через введенный управляемый второй переключатель, выход операционного усилителя подключен к управляющему входу цепи управляемой положительной обратной свя5 зи, первый и второй управляющие входы

стробирующего детектора соединены соот ветственно с первым и вторым выходами

фазирующей цепи, выход широкополосного

дифференциального усилителя соединен

0 также с входом преобразователя переменного напряжения в постоянное и с вторым входом второго резистивного сумматора напряжения, третий вход которого соединен с выходом второго источника опорного на5 пряжения.

Использование: радиотехника, измерительная техника. Сущность изобретения: RC-генератор синусоидальных сигналов содержит цепь управляемой положительной обратной связи, широкополосный дифференциальный усилитель, фазирующую цепь, преобразователь уровня сигнала, два управляющих переключателя, стробирующий детектор, пиковый детектор, усилитель-ограничитель, два резистивных сумматора напряжения, интегратор, два источника опорного напряжения и преобразователь переменного напряжения в постоянное и обладает высоким быстродействием при снижении неравномерности уровня выхлопного напряжения в диапазоне частот. 1 ил.