Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты Советский патент 1981 года по МПК H03B5/00 

(54) ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБ ШИЙ ИНФРАНИЗКОЙ

ЧАСТОТЫ

I

Изобретение относится к измерительной технике.

Известен генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог 1.

Однако известный генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты имеет большой коэффициент нелшсейных искажений.

Цель изобретения - уменьшение коэффициента нелинейных искажений.

Для достижения этой цели в генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, между выходом дискретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно соеддшеишле первый элемент И, первый триггер и элеме1гг ИЛИ, а между выходом распредел ггеля импульсов и другим входом элемента ИЛИ вЕедены последовательно соединенные второй триггер и второй элемент И, другой вход которого подключен к выходу дискретного фазовращателя, а другой выход второго третгера соединен с другим входом первого элемента И.

На чертеже приведена структурная электрическая схема генератора синусоидальных колебаний 1шфранизкой частоты.

Генератор содержит генератор этaлo raoй частоты 1, делитель частоты 2 с переменным коэффигщентом деления (ДПКД), дискрётньга фазовращатель 3, распределитель импульсов 4, реверсивный счетчик 5, преобразователь коданалог 6, первый и второй элементы И 7, 8, первый и второй триггеры 9. 10, элемент ИЛИ и.

Генератор С1шусоидальных колебаний инфранизкой частоты работает следующим образом. Суть принципа, положенного в построение предлагаемого генератора, основанного на пре образовании кода в аналог, состонт в том, чтобы узлы аппроксимации формируемой кривой выбрать исходя из минимума коэффициента нел1шейных искажений, т.е. минимума среднеквадратичного отклонения формируе мой кривой от ее первой гармоники. Для этого рассмотрим функционал вида () i о° Л+ {jCri - Sinot) dot ., где f(o(-)- формируемая кривая; f. - значения формируемой кривой в узлах аппроксимации; binot- первая гармоника формируемой кривой единичной амплитуды; П - количество участков аппроксимац Найдем f; из условия минимума функционала Ф 0 .2j (t,-binoC). В результате получим 1 I, Л5,п( ), где Доб, sa-i + i - cL i . В общем виде выражение (2) можно запи сать следующим образом J. Д.-,п(1+рОС5) udi, lud,) rraTSi-,fi--i- -i,TВ прототипе реализовывалось соотношение I, bin Pt() Сравнивая выражения (3) и (4) видим, ч для уменьшения коэффициента нелинейных и кажений при том же методе аппроксимации (равномерном по уровню) необходимо узлы аппроксимации формируемой кривой сместить на величину-. Однако этот коэффициент линейных искажений не является минимально возможным. Для обеспечения такого минимально возможного коэффициента нелинейных искажений необходимо узлы аппроксимации выбрать оптимальным образом. Найдем оптимальный закон расположения узлов аппроксимации. Для этого вычислим и теграл , I (,о -|112 (с ТОЧНОСТЬЮ до величины второго порядка малости). С учетом выражения (5) функционал (1) риобретает вид .)С6) Принимая во внимание, что достаточно мало, приходим к интегралу - Т2/ , . Минимизируя величину полученного функционала, определим оптимальную функцию i (i} . Эта задача является вариационной и сводится к решению уравнения d. dL ai ,. di Q д где t| -М-, L(-, ,, ) при граничных условиях , 27Г-. Подставим в уравнение (8) - 2co6ol -S1Mc(,(oL;-) Ijj.-acoeVWp 1л d . 1 6cosoC.(oi.;)-6cosUiai, у i 00. i , осле соответствующих преобразований получаем -.I-COS dLj-Z(.l|)COSo(.; -,) Умножим выражение (JO) на j ScosU|(i;)X 2sin ;-cosoCi(oi.y.o. (Ц) Первая часть полученного выражения представляет полную производную от Ц,) ,K)M-o, то эквивалентно cos2,j ((.;). COS C; C , де С - постоянная величина, Переходим в выражении (12) к приращению cos b,AoL-C(1Ъ) остоянную с находим из граничных условий. множая обе части уравнения (12) на и нтегрируя, находим С / COS -d о Полагая в выражении (14) i n, аходим постоянную С «co.«,,(iiM),te, де Г - гамма-функции. с учетом выражения (16) из соотношения (13 получаем формулу для определения оптимальных участков разбиения . , ЛД/-,7 n-cos /iot-i Эта формула позволяет последовательно най ти все узлы аппроксимации формируемой кри вой. При этом обеспечивается минимально возможный козффициент нел1шейных искажений. Для подтверждения этого определим сред неквадратичное отклонение формируемых кри.вых для различных методов аппроксимации, воспользовавшись формулой (7). Значение коэффициента искажений при оптимальном разбиении получим из формулы (7) 1/2 i - , ) П При равномерной аппроксимации по време-a.. Тогда получим При равномерной аппроксимации по уров. - -, cos Тогда получим .-L Таким образом, оптимальная аппроксимация уменьшает козффициент нелинейных искажений по сравнению с равномерной аппроксимацией по уровню на 5%, а по сравнению с равномерной аппроксимацией по времени на 15%. Делитель частоты 2 имеет переменный коэффициент деления и служит совместно с триггером 9 для задания выходной частоты генератора, т.е, номинальный коэффициент всего тракта деления равен 2 К, где К - коэффициент деления делителя частоты 2, а 2 - козффициент деления триггера 9. Дискрет ный фазовращатель 3 предназначен для измене ния фазового сдвига формируемой кривой. Распределитель импульсов 4 обеспечивает формирование выходных импульсов в моменты определяемые формулой (17), в общем не совпадающими с точками 4i известном генераторе. В исходном состоянии с выходов триггера 10на элемент И 8 подан разрешающий, а на элемент И 7 - запрещающий сигналы, т.е. элемент И 8 чувствителен, а элемент И 7 нечувствителен к входным импульсам, поступающим с дискретного фазовращателя 3. Таким образом, импульсы с генератора эталонной частоты 1 через делитель частоты 2, дискретный фазовращатель 3, элементы И 8 и ИЛИ 11поступают на распределитель импульсов 4. Первый импульс на выходе распределителя импульсов 4 будет сформирован в момент времени, соответствующий начальной фазе ., так как частота импульсов, поступающих с выхода дискретного фазовращателя 3 на вход распределителя импульсов 4, в два раза больше номинальной, требуемой для формирования интервалов дискретизации . Этот импульс поступает на единичный вход триггера 10 и меняет его состояние на противоположное. Тем самым с выходов триггера 10 на элемент И 8 подается запрещающий, а на злемент И 7 - разрешающий сигналы и в дальнейщем выходные импульсы дискретного фазовращателя 3 подаются на вход распределителя импульсов 4 через последовательно соединенные элемент И 1, триггер 9 и элемент ИЛИ И. Частота этих импульсов является номинальной, а следовательно, второй, третий и последюущие выходные импульсы распределителя импульсов 4 сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на ,и т.д. а все они смещаются по отношению к началу отсчета о 0 на дополнительный угол, равный 1, т.е. действительный фазовый сдвиг каждого выходного импульса распределителя импульсов 4 по отношению к началу отсчета а 0 составляет 4 +.ii.. Очевидно и вся формируемая кривая на вьТходе преобразователя код-аналог 6 получает необходимое фазовое смещение согласно выражению (2). Тем самым обеспечивается минимальный коэффициент нелинейных искажений формируемой кривой по отнощению к первой гармонике. Рассмотренный метод уменьшения коэффициента нелинейных искажений может быть использован и в других генераторах синусоидальных колебаний, основанных на преобразовании код-аналог. Тем самым обеспечивается минимально возможное значение коэффициента нелинейных искажений для данного принципа построения генератора, но все же не минимально возможное значение для метода, основанного на преобразовании код-аналог в целом. Формула изобретения Генератор сш1усовдальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффиодентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразов тель код-аналог, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений, между выходом дискретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно со 8 диненные первый элемент И, первый триггер и элемент ИЛИ, а между выходом распределителя импульсов и другим входом элемента ИЛИ введены последовательно соединенные второй триггер и второй элемент И, другой вход которого подключен к выходу дискретного фазовращателя, а другой выход второго триггера соединен с другим входом первого элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 292206, кл. Н 03 В 5/00, 06.01.71 (прототип).