Генератор периодических колебаний

 

ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ , содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционных усилителях, при этом в цепях обратной связи первого и второго интеграторов включены соответственно первЕлй и второй амплитудные ограничители, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и расширения функциональных возможностей путем увеличения числа генерируемых периодических колебаний, параллельно второму амплитудному ограничителю включен дополнительный конденсатор, при этом первый и второй аи плитудные ограничители подключены к выходам соответственно первого и второго интеграторов через введенные механически связанные первый и второй переключатели . сл фиг.Т Р ..Н .. -wr

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 0 3 В 5 0 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВ У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3441137/18-09 (22) 20.05.82 (46) 23 ° 01 ° 84. Бюл. 9 3 (72) Н.A. Глазова и В.В. Кочергин (53) 621 ° 373.52(088,8) (56) 1. Радио, 1981, 9 10,с. 58. 2. Дж. Грэм. Проектирование и применение операционных усилителей.

М., Мир, 1974, с. 407 (прототип). (54) (57) ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ, содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционных усилителях, при этом в цепях обратной связи первого и второго интеграторов включены соответственно первый и второй амплитудные ограничители, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и расширения Функциональных возможностей путем увеличения числа генерируемых перибдических колебаний, параллельно второму амплитудному ограничителю включен дополнительный конденсатор, при этом первый и второй амплитудные ограничители подключены к выходам соответственно первого и второго интеграторов через введенные механичес.ки связанные первый и второй переключатели.

С2

1069124

Изобретение относится к аналоговой технике, в частности к низкочастотным генераторам периодических колебаний прямоугольной, треугольной и синусоидальной формы, применяемым для испытания и настройки следящих систем и электронной аппаратуры.

Известен генератор периодических колебаний, содержащий последовательно соединенные релейный элемент, первый и второй интеграторы П.

Однако. такой генератор периодических колебаний обладает низкой точностью формы треугольного и синусоидального сигналов, обусловленной нарастающим смещением нуля, свойственным электронным интеграторам, и невысокой точностью преобразования сигнала треугольной формы в -синусоидальное.

Наиболее блиэкйм техническим решением к предложенному является генератор периодических колебаний, содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы,,выполненные на операционных усилителях, при этом в цепях обратной связи первого и второго интеграторов. включены соответственно первый и,второй амплитудные ограничители Г2 2.

Однако известный генератор периодических колебаний имеет эначитель» ные нелинейные искажения и недостаточное число генерируемых периодических колебаний, что ограничивает

его функциональные воэможности.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и расширение функциональных воэможностей путем увеличения числа генерируемых периодических колебаний.

Цель достигается тем, что в генератор периодических колебаний, содержащий соединенные в кольцо релейный элемент и первый и второй интеграторы, выполненные на операционных усилителях, при этом в цепях обратной связи первого и второго интеграторов включены соответственно первый и второй амплитудные ограничители, параллельно второму амплитудному ограничителю включен дополнительный конденсатор, при этом первый и вто- . рой амплитудные ограничители подключены к выходам соответственно первого и- второго интеграторов через введенные механически связанные первый и второй переключатели.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема генератора периодических колебаний; на фиг. 2 — диаграмма напряжений для двух режимов его работы.

Генератор периодических колебаний содержит релейный элемент 1, первый и второй интеграторы 2 и 3, пер55 где Тн - постоянная времени второго

65 интегратор6 3, вый и второй амплитудные ограничители 4 и 5, первый и второй переклю. чатели 6 и 7 и дополнительный конденсатор 8, при этом первый интегратор 2 содержит регулируемый резистор

9, а второй интегратор 3 .— регулируемый резистор 10.

Генератор периодических колебаний работает следующим образом.

Работа генератора основана на ав10 токолебаниях замкнутого контура, частота которого регулируется путем одновременного изменения сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10, а амплитуда сохраняется постоянной при

15 постоянстве характеристики релейного элемента 1 и постоянстве уровней амплитудных ограничителей 4 либо 5. В зависимости от положения переключателей 6 и 7 генератор имеет два ре20 жима работы.

Рассмотрим работу генератора в первом режиме, когда переключатели

6 и 7 находятся в положении, показанном на фиг. 1. При этом первый

25 амплитудный ограничитель 4 сигнала включен, а второй амплитудный ограничитель 5 отключен ° В генераторе устанавливаются автоколебания с диаграммой напряжения, приведенной на фиг. 2,а. Определим амплитуду U сигнала на выходе второго интегратора 3 и период автоколебаний Т.

Так как колебания симметричные, то достаточно рассмотреть один полупериод, например первый, который состоит иэ двух отрезков времени: в один из них к входу второго интегратора 3 прикладывается линейно нарастающее напряжение 4 -(4>м вЂ,,„ о - 1 (1) во второй — постоянное напряжение

0 ()рц»е,, „ 4 Т/2, (2) где Uxm — напряжение релейного эле45 мента (J< — напряжение насыщения первого интегратора 2, определяемое уровнем ограничения сигнала первого. ампли. тудного ограничителя 41

Т»> -„ постоянная времени первого интегратора 2; — момент времени, соответст» вующий излому диаграммы напряжения О .

Интегрируя уравнения (1) и (2) с учетом начальных условий 0 (о) «Оз(.,1= ц„, получим

Ф

Ф Ол(тъ В

0 =-0, -Ug>> + — 1-„- > Ой. М,л, (3 )

И> U, U „к. ", y г, (4)

Тп

1069124

Из уравнений (1-4) находим соотношения, необходимые для выбора параметров генератора. Полагая в (1}

Ц1(4)=0 цц» (условие симметрии колебаний напряжения,U ) находим

4=0,„Т /О „(5)

Подставляя в (3) t.=+2 с учетом (5) находим ()3tll ((4("/а)1-(42ц, т — „"". (6}

Подставляя в (4) е Т/2, 03 (Т/2)

+ Цл(условие симметрии колебаний напряжения Оз), находим с учетом (5) и (6) период автоколебаний (i 4U++Ac (Ьп (7) 15

Олщ Uw-Ue йз соотношений (6) и (7) видим, что при ел /ЧЦ =Саъз1 амплитуда сигнала U сохраняется постоянной, .а период пропорционален постоянной 20 времени первого интегратора 2. Таким образом, при одновременном изменении сопротивлений регулируемых резисторов 9 и 10 частота генератора изменяется пропорционально изменению этих сопротивлений, а амплитуда сигнала 03п остается неизменной, что и требуется.

Анализ уравнений (3) и (4) показывает, что они с наибольшей точностью воспроизводят синусоидальную функцию при протяженности линейного участка напряжения Оф = — .. Это

Т объясняется тем, что разложение трапецеидальной фуйкции Q(t) в ряд

Фурье имеет наименьший процент высших гармоник именно при таком соот- ношении длительности Ф» наклонного участка 0 (т.) и периода Т,. так как в этом случае в разложении отсутст- 40 вуют все гармоники, кратные трем.

Для этого случая период колебаний можно рассчитать по формуле (5), полагая s ней 4g = Т/3

T" 6 14мла Ч пл/Олзи (8)

45 а требуемый гистереэис релейного элемента 1 выбрать из соотношения (7), которое принимает вид

U>-- 0,5u (9) при этом напряжение (У3 в первый по-. лупериод описывается уравнениями

"ь= "м4 т

1 6t 3

55 (10)

Ц . 1),(1 2 (4 Т.)) +i W Ú

Т 3 которые при ф= О, Т/6, Т/3 и Т/2 сов- 60 падают с сннусоидальной функцией

Ца $Ьъ(, + -I a в промежутках

2 с между указанными точками отличаются

or. нее не более, чем на 1% от IO, Таким образом, генерагор обеспечивает в первом режиме воспроизведение сигналов прямоугольной, трапецеидальной н сунусоидальной формы.

Во втором режиме переключатели

6 и 7 находятся в положении, при котором первый амплитудный ограничитель 4 отключен, а второй амплитудный ограничитель 5 включен, при этом в контуре генератора устанавливаются автоколебания с диаграммой напряжений М, О,U» приведенной на фиг. 20; Напряжение Ug имеет треугольную форму, а 03 - вид ограниченной синусоиды, Определим соотношения, связывающие параметры генератора в этом режиме. Для этого рассмотрим один полупериод колебаиий (фиг. 2Д), который состоит иэ трех смежных отрезков времени: 0-, ф -Т/4 и Т/4-Т/2. Для определения требуемых соотношений достаточно использовать только уравнение US на третьем отрезке времени, которое имеет вид () ) (}

Ц2 Т Яй т/м где Ugm )лмТ /4Тп i . (12), амплитудное значение напряжения Cgg;

Ц3щш: — напряжение насыщения второго интегратора 3, определяемое уровнем ограничения сигнала. второго амплитудного ограничителя 5. Решая (11) при - Т/2, получим с учетом (12) (13) ц ф Я

А.т, Нас 2цл итие

Сравнивая (12) и (8), видно, что период при переключении режимов не изменяется, если U = l, 50 öäü Однако для того, чтобы одновременно выполнялнсь соотношения (6) и (13) постоянная времени Ти во второму режиме должна быть в 1,037 раза больше, чем Тлл в первом режиме. Для этой . цели включен дополнительный конденсатор 8, который во втором режиме подключается вторьм переключателем 7 параллельно конденсатору второго интегратора 3.

Таким образом, во втором режиме генератор воспроизводит сигналы прямоугольной и треугольной формы со стабильной амплитудой при регулировании частоты.

Технико-экономический эффект предлагаемого генератора периодических колебаний заключается в уменьшении нелинейных искажений и расширении функциональных возможностей путем увеличения числа генерируемых периодических колебаний.

1069124 а иф

Составитель Н. Матвиенко

Редактор Ar. Шандор Техред М.Гергель Корректор Й, Шароши

Заказ 11489/54 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4