Функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использова(1О в вычислительных устройствах .

Известен функциональный генератор П. , содержащий усилительные элементы, фазоинверторы, аттенюаторы, блоки контроля и компараторы. Этот генератор имеет сравнительно невысокую точность установки частоты.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является функциональный генератор Г2 , содержащий последовательно соединенные интегратор и релейный элемент, выходы которых являются соответствую щими выходами генератора, первый и второй фазоинвертирующие сумматрры, инвертор, потенциометр установки частоты, подключенный неподвижными контактами к шине нулевого потенциала и к шине положительного напряжения, а подвижным контактом - к первому входу первого фазоинвертирующего сумматора, второй вход которого является входом частотной модуляции генератора, первый и второй переключающие, диоды, соединенные соответственно катодом и анодом с выходом релейного элемента, первый и

второй токозадающие резисторы включенные соответственно между выходом инвертора и анодом первого переключающего диода и входом инвертора и катодом второго переключающего диода, третий и четвертый переключающие диоды, подключенные соответственно с катодом и анодом ко входу интегратора, а анодом и катодом - к

10 аноду и катоду первого и второго переключательных диодов, дополнительный токозадающий резистор и компенсирующий диод, один электродкоторого подключен к шине нулевого

15 потенциала, другой электрод соединен с входом согласующего усилителя и через дополнительный токозадающий резистор с выходом первого фазоинвертирующего сумматора. Выход сог20ласующего усилителя присоединен к первому входу второго суммирующего фазоинвертирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого фазоинвертирующего сумматора,

25 а выход - со входом инвертора.Этот генератор имеет более высокую точность установки частоты, чем BbBje рассмотренный, так как здесь производится частичная компенсация неидеальности переключательных диодов,

30 образующих диодный мостовой ключ за счет использования цепи с компенсирующим диодом. Однако этот генератор требует тщательной подборки диодов и согласования условий их работы, что усложняет настройку схемы. Так как всегда существуют различия в условиях работы и характеристиках переключательных диодов диодного, мостового ключа и компенсирующего диода, то точность работы ге нератора и диапазон регулировки его частоты ограничены. Целью изобретения являются повышение точности работы и расширение диапазона регулировки частоты генератора. Эта цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий последовательно соединенные интегра тор и релейный элемент, выходы которых являются соответствующими выходами генератора, первый и второй фазоинвертирующие сумматоры, инвертор, потенциометр установки частоты подключенный неподвижными контактами к шине нулевого потенциала и к шине положительного напряжения, а подвиж ным контактом - к первому входу первого фазоинвертирующего сумматора, второй вход которого является входом частотной модуляции генератор первый ои второй переключающие диоды соединенные соответственно катодом и анодом с выходом релейного элемен та, первый и второй токозадающие ре зисторы, включенные соответственно между выходом инвертора и анодом первого переключающего диода и входом инвертора и катодом второго переключающего диода, дополнительно содержит первый и второй диодные ог раничители, включенные соответствен но между анодом первого переключающе го диода и первым входом второго фазоинвертирующего сумматора и межд катодом второго переключающего диод и вторым входом второго фазоинвертирующего сумматора, выход которого соединен со входом интегратора. Вход инвертора соединен с выходом первог фазоинвертирующего сумматора. На чертеже приведена структурная схема функционального генератора. Генератор содержит первый и втор фазоинвертирующие сумматоры 1 и 2, инвертор 3, г ервый и второй токозадающие резисторы 4и 5 первый и второй переключающие диоды 6 и 7, первый и второй диодные ограничители 8 и 9, потенциометр установки частоты 10, интегратор 11, релейный элемент 12. Сумматоры 1,2 и ограничители 8,9 содержат усилители 13, резисторы 14 и диоды 15. Генератор работает следующим образом. С потенциометра 10 напряжение постоянного тока поступает на вход сумматора 1, с выхода которого напряжение подается на вход инвертора 3. Таким образом, к резисторам 4 и 5 приложены два напряжения противоположной полярности, выравниваемые с помощью изменения коэффициента передачи инвертора 3. Возбуждение автоколебаний происходит следующим образом. При включении напряжения питания на выходе релейного элементна 12 устанавливается один из двух уровней напряжения противоположной полярности. Если это напряжение положительно, то оно запирает диод 6. Через открытый диод 7 оно запирает диодный однополупериодный ограничитель 9, который пропускает только сигнал отрицательной полярности. Ток с выхода сумматора 1 протекает через резистор 5, открытый диод 7 и малое выходное сопротивление релейного элемента 12 к шине .нулевого потенциала. Так как диод 6 закрыт, то напряжение положительной полярности с выхода инвертора 3 прикладывается через резистор 4 ко входу ограничителя 8, который сигнал такой полярности беспрепятственно пропускает на вход интегратора 11 через сумматор 2. При этом происходит зарядка конденсатора интегратора 11 и как только линейно изменяющееся напряжение на выходе интегратора 11 достигает порога срабатывания релейного элемента 12, последний переключается. При этом отрицательное выходное напряжение релейного элемента 12 запирает диод 7 и через открытый диод 6 запирает ограничитель 8, который пропускает только сигнал положительной полярности. Ток с выхода инвертора 3 протекает через резистор 4, открытый диод б и малое выходное сопротивление релейного элемента 12 к шине нулевого потенциала. Отрицательное напряжение с выхода сумматора 1 поступает через резистор 5, диодный ограничитель 9 и сумматор 2 на вход интегратора 11. Конденсатор интегра- . тора 11 разряжается, переключается релейный элемент 12, и далее процесс повторяется. Таким образом, на выходе автоколебательь ой системы формируются пилообразные (на выходе интегратора 11) и прямоугольные (на выходе релейного элемента 12) колебания. Если на второй вход сумматора 1 подать сигнал (при этом должно выполняться условие, при котором суммарный сигнал на входе сумматора. 1 не должен быть меньше О и не должен приводить к его ограничению), то осуществляется частотная модуляция выходных колебаний. Закон модуляции, частота модуляции и полоса качания

определяются внешним сигналом, а средняя (модулируемая) частота зависит от уровня напряжения постоянного тока, снимаемого с потенциометра 10..

В предлагаемом генераторе вместо диодов в диодном мостовом ключе, неидеальность вольт-амперных характеристик которых ограничивает точность установки частоты, а пгщение напряжения на диодах исключает прохождение соизмеримых с этим на- пряжением или меньших по величине сигналов, предлагается использовать диодные ограничители 8 и 9 на операционных усилителях.

В таких ограничителях диод вводится в контур обратной связи операционного усилителя, что, во-первых уменьшает пороговое напряжение диода в А раз (где А коэффициент передачи операционного усилителя (в пределах ), т.е. выпрямитель пропускает напряжения, начиная приблизительно с A4 iofc это, в свою , очередь, позволяет существенно увеличить диапазон перестройки частоты с помоцью потенциометра 10, а также реализовать частотно-модулированные коле&ания с большими индексами модуляции.

Так как изменение выходного напряжения ограничителей 8,9 примерно в А раз меньше вызвавшего его изменени падения напряжения на открытом диоде, то происходит практически полное исправление неидеальности характеристики диодов, что позволяет повысить точность установки частоты

Второй фазоинвертирующий сумматор 2 обеспечивает положительную обратную связь в замкнутой автоколебательной системе, так как ограничители 8,9 инвертируют сигнал.

При использовании диодных ограничителей 8,9 на операционных усилителях точность настройки частоты получается выше и одновременно.расширяется диапазон перестройки частоты, причем не требуется тщательного подбора диодов с близкими характеристиками и создания для них одинаковых условий работы.

Формула изобрет ения

Функциональный генератор, содержащий последовательно соединенные интегратор и релейный элемент, выходы которых являются соответствующи и выходами генератора, первый .и

0 второй фазоинвертирующие сумматоры, инвертор, потенциометр установки частоты, подключенный неподвижными контактёи ли к шине нулевого потенциала и к шине положительного на5пряжения, а подвижным контактом к первому входу первого фазоинвертирующего сумматора,.второй вход которого является входом частотной модуляции генератора, первый и второй переключающие диоды, соединен0ные соответственно катодом и анодом с выходом релейного элемента, первый и второй токозсщающие резисторы, включенные соответственно между вы. ходом инвертора и анодом первого переключающего диода и входом инвертора и катодом второго переключающего диода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы и расширения диапазона регу0лировки частоты, он содержит первый и второй диодные ограничители, включенные соответственно между анодом первого переключающего диода и первым входом второго фазоинвертирующе5ро сумматора и между катодом второго 1ереключающего диода и вторым входом второго фазоинвертирующего сумматора, выход которого соединен со входом интегратора, вход инвертора соединен

0 с выходом первого фазоинвертирующего сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США W 3541349, кл. 307-229, опублик, 1970.

5

2.Авторское свидетельство СССР № 555409, кл. G 06 G 7/26, 1977 (прототип).

JU-L