Функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к измеритель иой и аналоговой вычислительной технике .

Известен функциональный генератор содержащий интегратор, инвертор, диодный ключ, релейный элемент и СИНУСНЫЙ функциональный преобразователь l

Недостатком этого генератора является отсутствие возможности внешней синхронизации частоты.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий синусный .функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выхода которых являются соответственно выходами синусоидгшЬного, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента и формирователя пилообразного сигнала и является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы кото-4.

рого соединены с выходами блока управления частотой, выход - со входом интегратора, а управляющий вход с выходом релейного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала, а подвижный контакт - со свободным выводом первого входного резистора, свободнь) вывод второго входного резистора является входом час5тотной модуляции функционального генератора, первый вход блока сравнения частоты соединен с выходом синусного функционального преобразователя, а второй вход является входом

0 внешней синхронизации функционального генератора 2.

Недостатком такого генератора является ограниченная область примене5ния, обусловленная отсутствием возможности реализации режимов линейной частотной модуляции без применения дополнительного оборудования.

Цель изобретения - расширение об0ласти применения за счет реализации различных режимов синхронизации и модуляции частоты. Эта цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнгша, вы ходы которых являются соответственно выходгши синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входгши синусного функционального преобразователя, релейного элемента и формирователя пилообразного сигнала и, является выходом треугольного сигна ла функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и тре тий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы которого соедине нЬг с выходами блока управления часто той, выход - со входом интегратора, а управляющий вход - с выходом релей ного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенцисша, а подвижный контакт - со свободным выводом перво го входного резистора, свободный вывод второго входного резистора является входом частотной модуляции функционального генератора, дополнительно содержит четвертый входной резистор, включатели синхронизации и модуляции, счетверенный переключатель режимов работы, генератор опорных импульсов, декадный делитель час тоты, делитель частоты, модуляционный генератор, управляемый кодом делитель частоты, счетчик и кодовый переключатель, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, соединенного разрядными выхода ми с управляющигш входами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соединен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выход модуляционного генератора через включатель модуляции и четвертый входной резистор соединен со входом блока управления частотой, подвижные контакты первой, второй, третьей и четвертой групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены со ответственно с первым входом блока сравнения частоты двух сигналов, с выходом управляемого делителя частоты, со вторым входом блока сравнения частоты двух сигналов и со входом запуска модуляционного генератора, первый неподвижный контакт первой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключен ко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединен со входом счетчика, первый неподвижный контакт третьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы является входом внешней синхронизации функционального генератора, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к декадного делителя частоты и входу делителя частоты, третий и четвертый неподвижные контакты четвертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены с выходом делителя частоты, а пятый неподвижный контакт является входом внешнего запуска модуляционного генератора, функционального генератора, выход генератора опорных импульсов соединен со входом декадного делителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора, вход управления переключением коэффициента деления декадного делителя частоты и вход управления переключением скорости развертки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапазона функционального генератора. На фиг.1 приведена блок-схема функционального генератора;на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие его работу. Функциональный генератор содержит интегратор 1, формирователь 2 пилообразного сигнала, релейный элемент 3, блок 4 управления частотой, электронный переключатель 5, синусный функциональный преобразователь 6, первый, второй, третий и четвертый входные резисторы 7-10, счетверенный переключатель 11 режимов работы с четырьмя группами контактов (11,|, З 11), кодовый переключатель 12, упраьляе|«ый делитель 13 частоты, счетчик 14, блок 15 сравнения частоты двух сигналов, генератор 16 опорных импульсов, декадный делитель 17 частоты, делитель 18 частоты, включатеЛИ 19 синхронизации и 20 модуляции, модуляционный генератор 21, потенциометр 22 установки частоты. Функциональный генератор работает следующим образом. Генератор обеспечивает следующие режимы работы, отличающиеся способами модуляции и синхронизации частоты выходных колебаний.. В первом режиме включатели 19 и 20 разомкнуты, вследствие чего синхронизация и внутренняя модуляция функг

ционального генератора не осу.ествляются, а на его выходе вырабатываются сигналы синусоидальной, треугольной, пилообразной и прямоугольной формл.

Во втором режиме замыкается включатель 19 синхронизации, подвижные контакты 11 переключателя режима работы устанавливаются на первые неподвижные контакты, а ца вход внешней синхронизации подается стабильный по частоте сигнал в виде последовательности импльсов; При этом на первый вход блока 15 поступает прямоугольный сигнал релейного элемента 3с частотой fQ, а на второй вход - сигМал внешней синхронизации с частотой CHHxf блоке 15 образуется сигнал постоянного тока, пропснзциональный разности частот fanvf. - fo Д fcMHxp.- частота сннхронизиру:ощего сигнала, а fo - частота выходного сигнала функционашьного генератора. Этот сигнал поступает через включатель 19 и входной резистор 9 на управляющий вход блока 4, куда, кроме того, через входные резистора 7 подключен движок потенциометра 22 установки частоты.

В результате сукошрования. напряжений постоянного тока от блока 15 и от потенциометра 22 установки частоты на выходах функционального генератора устанавливается частота

Ч fo -«-Af-f Mp. (1) где if- абсолютная величина расстройки частоты.

В результате выходные сигнешы функционального генератора имеют частоту, стабилизированную внешним генератором. Функциональный генератор работает таким образом как при внешней, так и при внутренней синхронизации частоты.

в третьем режиме также замкнут только включатель 19, а подвижные контакты переключателя 11 режима работы устанавливаются на вторые неподвижные контакты. На первый вход .Ьлока 15 подается сигнеш управляемого делителя 13 частоты. Частота которого понижена по сравнения с частотой сигнала релейного элемента 3 настолько, чтобы можно было синхронизировать частоту функционального генератора на любой из оцифрованных точек его частотной шкалы (1, 2, 3...10) .

Установка требуемого коэффициента деления в управляемом делителе 13 частоты производится с помсхцью кодового переключателя 12. На второй вход блока 15 подается последовательность импульсов, частота следования которых определяется частотой следования импульсов reHepatopa 16 и коэффициентом деления декадного делителя 17. Синхронизация между переключением, постоянных времени интегратора; 1 и переключением коэффициента делейня

декадного делителя 17 обеспечивает переход на каждыИ новый частотный поддиапазон равные (с учетом расстройки) частоты на входах блока 15.

В четвертом режиме работа пред- лагаемого функционального генератора осуществляется также, как и в первом режиме, но на вход частотной модуляции подан внешний сигнал, модулирующий по частоте выходные сигналы функционального генератора. Парамет0ры модуляции (закон и скорость качания частоты, девиация, перекрытие по частоте) определяются параметракш внешнего сигнгша.

В пятом режиме замыкаются включа5тели 19 и 20. Подвижные контакты переключателя 11 устанавливаются на третьи неподвижные контакты. На первый вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода управляемого делителя 13 частоты.Дели0тель 13 частоты управляется выходным кодом счетчика 14, начальное состояние которых устанавливается кодовым переключателем 12. Выход управляемого делителя 13 частоты непосред5ственно связан со входом счетчика 14. На второй вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода декадного делителя 17 частоты. Тот же сигнал поступает на вход делителя

0 18 частоты, что позволяет установить требуемую низкую частоту следования импульсов, котор 1ми запускается через модуляционный генератор 21, работающий в ждущем режиме.

5

Рассмотрим режим генерирования когерентного линейно-частотно-модулированного сигнала (ЛЧМ),

Для получения высокой линейности закона ЛЧК этого сигнгша использует0ся внутренняя импульсно-фазовая синхронизация с помошыо генератора 16 опорных импульсов.

Принцип автоматической подстройки линейности э.аклк}чается в следующем.

Выходное частотно-модулированное

5 напряжение функционального генератора является периодической функцией фазы, поэтому оно может быть записано в виде

U(t)(t)l. (2)

0

В случае линейной частотной модуляции фаэа 4(t) изменяется по законуV

«(t)-|i-5- 6(t),(3)

5

где J4 - згщанная скорость встотной модуляции, S (t) -отклонение по фазе от заданного квадратичного закона. Измерение ааибки S (t) произвоаится с помощью блока 15 в моменты

0

времени где ,2,3... сии f

номер выборки; - частота повторения опорных импульсов, поступающих на блок 15..

5 В моменты выборки напряжение функ ционс1Пьного генератора имеет вид UU,i F K p2fT- 8{il, (4) CMUXD J I л .л Если выбрать синхр-у 4ft /то член. кратен 2R, и, в силу периодичности Р (Ф) , имеем a(t )F Б (tj (5) Считая ошибку 6(1к) настолько малой, что в последовательные моменты выбор ки рабочая точка не выходит за преде лы линейного участка фазовой характеристики блока 15 с крутизной S/ можно выразить напряжение выборки на выходе блока 15 через сшибку 6 (tj следующим образом: E(t)-8(t). S (6) Таким образом, выходное напряжение блока 15 пропорционально отклонению от заданного закона линейной частотной модуляции. Частота функционального генератора как известно, равна i7) -аГв моменты tK соответствующие номеру выборки к, частота ), синяр где G (t)(t)|dt - ошибка по частоте Поскольку выбрана смн р Vjb/ ft , то вместо t8) можно записать: ,,H,p-K.e{t). (9) Для определения частоты необходимо положить в (9)2:{t)0 и . Тогда значение ff. надо выбрать равным половине нижней частоты поддиапазона частот fH т.е. синхр В пятом режиме коэффициент деления частоты в управляемом делителе 13 частоты автоматически изменяется так чтобы частота fg на первом входе блока 15 оставалась неизменной в пределах выбранного поддиапазона частот функционального генератора. За время между соседними (К-1)-й и К-ой вы борками фаза сигнала ll{t) изменяется на к2-(К-1)2К-1 периодов. Каждый из импульсов с выхода делителя 1 поступает на счетчик 14 и изменяет н две единицы код числа, записанного в нем, что приводит к требуемому изменению козффициента деления частоты в делителе 13. На фиг.2 показаны нап ряжения на выходах интегратора Ко.) и управляемого делителя частоты 13( на втором входе блока 15(4), а также напряжения ошивки на выходе блока 15(г) и выходное напряжение модуляционного генератора 21 (д) В качестве примера показана работа при 4-х точках перестройки и начальной частоте,, равной нижней частоте поддиапазона. В пятом режиме функциональный генератор работает следующим образом. Начальная частота устанавливается цифровым кодом в счетчике 14 так/чтобы в паузах между повторяющимися циклами модуляции происходила синхронизация начальной частоты точно так же/ как и в третьем режиме.- На вход блока 4 через резистор 10 поступает пилообразное напряжение с выхода модуляционного генератора 21 (эпюра д на фиг.2). Запуск генератора 21 осуществляется выходными импульсами делителя 18 частоты с частотой более низкой, чем частота работы блока 15. На вход делителя 18 частоты поступают импульсы с выхода декадного делителя 17 частоты, который снижает частоту следования импульсов генератора 16 в число раз, соответствующее выбранному поддиапазону частот. На вход блока 4 через резистор 9 поступает с выхода блока 15 напряжение сшибки/ благодаря чему происходит импульсно-фазовая синхронизация скорости линейной частотной модуляции выходного сигнала функционёспьного генератора. При коэффициенте нелинейности модулирующего сигнала и таком же коэффициенте нелинейности управляющей характеристики функционального генератора коэффициент нелинейности закона ЧМ выходного сигнала составляет 0,01-0,1%. Для переключения частотных поддиапазонов в пятом режиме синхронно изменяются постоянная времени интеграTopia 1, коэффициент деления декадноного делителя 17 частоты и скорость развертки модуляционного генератора 21. В шестом режиме включатель 20 остается замкнутым, а включатель 19 размыкается. Подвижные контакты 11 переключателя устанавливаются на четвертые неподвижные контактыГПри этом синхронизация функционального генера,трра не осуществляется. Выход ной сигнал декадного делителя 17 частоты постуjnaeT на вход делителя 18 частоты, где .частота следования импульсов понижается до требуемой, после чего эти импульсы запускают модуляционный генератор 21, выдающий линейно изменяющееся напряжение, поступающее через входной резистор 10 и включатель 20 на вход блока 4 управления частотой. В седьмом режиме включатель 20 замкнут, а включатель 19 разомкнут. Подвижные контакты переключателя 11 устанавливаются на пятые неподвижные контакты. Аналогично предыдущему режиму синхронизация функционгшьного генератора не осуществляется Запуск модуляционного генератора 21 осущест вляется сигналом, подаваемым на вход внешнего запуска модуляционного генератора. Особенность рассматриваемого режима состоит в том, что,если основной Функционсшьный генератор имеет режим запуска и стробирования то, подавая импульс запуска одновременно на основной функциональный генератор и ил вход внешнего запуска модуляционного генератора, можно получить комбинированный режим стробирования-свипирования. Это означает что начало свипирования будет точно совпадают с началом пачки колебаний (или импульсов).Это важно для решения измерительных задач в радиоприемной; телевизионной и импульсной технике . Таким образом, предлагаемый функциональный генератор имеет следующие режимы работы:нормальный (без синхронизации и модуляции частоты); с внешней синхронизацией частоты с внутренней синхронизацией частоты с внешней частотной модуляцией/ с внутренней синхронизацией частоты и внутренней линейной ЧМ режим когерентной ЛЧМ); с внутренней линейной ЧМ; с внутренней линейной ЧМ при вне нем запуске модуляционного генератор Это существенно повышает универсальность и расширяет область применения предлагаемого функционального генератора по сравнению с известным, име1зщим только три режима работы(1, 2 и 4), так как исключает необходимость применения дополнительных доро гостоящих приборов С генераторов с . диапазонно-кварцевой стабилизацией ч тоты, генераторов качающейся частоты, синхронометров, декадных делителей частоты и др.) . Формула изобретения Функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционгшьного преобразователя, релейного элемента, формирователя пилообразного сигнгша и является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, злектронный переключатель, первый и второ информационные входы которого соединены с выходами блока управления частотой, выход - со входом интегратора, а управляющий вход - с выходом релейного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала,а подвижный контакт - со свободньои выводом первого входного резистора,свободный вывод второго входного резистора является входом частотной модуляции функционального генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации различных режимов синхронизации и модуляции частоты, он содержит четвертый входной резистор, включатели синхронизации и модуляции, счетверенный переключатель режимов работы, генератор опорных импульсов, декадный делитель частоты, делитель частоты, модуляционный генератор, управляемый кодом делитель частоты, счетчик и кодовый переключатель, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, соединенного разрядными выходами с управляющими входами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соединен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выход модуляционного генератора через включатель модуляции и четвертый входной резистор соединен со входом блока управления частотой, подвижные контакты первой, второй, третьей и четвертой групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены соответственно с первым входом блока сравнения частоты двух сигналов, с. выходом управляемого делителя частоты, со вторым входом блока сравнения частоты двух сигнгшов и со входом запуска модуляционного генератора, первый неподвижный контакт первой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключен ко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателя р« жимов работы соединен со входом счетчика, первый неподвижный контакт третьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы является входом внешней синхронизации функционального генератора, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу декадного делителя частоты и входу делителя частоты, третий и четвертый неподвижные контакты четвертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены с выходом делителя частоты, а пятый неподвижный контакт является входом вквшнего запуска модуляционного генератора функционального гене ратора, выход генератора опорных импульсов соединен со входом декадного дешителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора, вход управления переключением коэффициента деления декадного делителя частоты и вход упра ления переключением скорости разверт ки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапазона функционального генератора , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l.KopH Г. и Корн Т. Электронные ансшоговые и аналого-цифровые вычисли тельные машины, т. 2, М., Мир, 1968, с.20, фиг.9.13а, 2. Авторское свидетельство СССР I 580561, кл. G Об G 7/26, 1977 (прототип).

Амм-мцц