Генератор напряжения шума
ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА, содержащий последовательно соединенные инвертирующий сумматор, операционный усилитель и интегратор, при этом выход операционного усилителя и выход интегратора подключены соответственно к первому и второму входам инвертирующего сумматора, а также формирователь импульсов, компаратор, регулируемый источник напряжения и электронньш переключатель, при этом выход операционного усилителя подключен также к входу компаратора, к размыкающему контакту электронного переключателя и к одному выходу регулируемого источника напряжения, о т л ич а ю щ и и. с я тем, что, с целью расширения шумовой полосы, в него введен элемент И, один вход которого подключен к выходу компаратора, другой вход - к выходу формирователя имп -льсов, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход элемента И подключен к управляющему входу электронного переключателя, замыкающий контакт которого подключен к другому выходу регулируемого источника напряже1шя, а переключающий (О контакт через введенный конденсатор подключен к входу операционного усилителя, при этом инвертирующий сумматор выполнен с регулируемым коэффи1щентЬм веса по первому / входу. 4 СО со ел
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
g (s ) ) Н 03 В 29/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3586383/24-09 (22) 29.04.83 (46) 07.04.85. Бюл. У 13 (72) Н1. К, Рыбин (71) Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 621.373.43 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 183487, кл. Н 03 В 29/00, 1965.
2. Жовинский В. Н. Генерирование шумов для исследования автоматических систем.
М.,".Энергия", 1968, с. 66, 67 (прототип). (54) (57) ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА, содержащий послецовательно соединенные инвертирующий сумматор, операционный усилитель и интегратор, при этом выход операционного усилителя и выход интегратора подключены соответственно к первому и второму входам инвертирующего сумматора, а также
„„Я0„„1149375 A формирователь импульсов, компаратор, регулируемый источник напряжения и электронньш переключатель, при этом выход операционного усилителя подключен также к входу компаратора, к размыкающему контакту электронного переключателя и к одному выходу регулируемого источника напряжения, о т л ич а ю шийся тем. что, с целью расширения шумовой полосы, в него введен элемент И, один вход которого подключен к выходу компаратора, другой вход — к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход элемента И подключен к управляющему входу электронного переключателя, замыкающий контакт которого подключен к другому выходу регулируемого источника напряжения, а переключающий контакт через введенный конденсатор подключен к входу операционного. усилителя, при этом инвертирующий сумматор выполнен с регулируемым коэффициентом веса по первому входу.
1149375
Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может использоваться в устройствах для получения неперио- дических колебаний.
Известен генератор напряжения шума, содержащий последовательно соединенные инвертирующнй сумматор и операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен амплитудный ограничитель, при этом выход операционного усилителя подключен к первому 10 входу инвертирующего сумматора и через последовательно соединенные электронный переключатель, интегратор и функциональный преобразователь — к второму входу инвертирующего сумматора, выход которого подключен к выходу операционного усилителя, при этом управляющие входы электронного переключателя и запоминающего блока подключены к выходу генератора управляющих импульсов (1} .
Однако генератор напряжения шума имеет узкую шумовую полосу.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор напряжения шума, содержащий последовательно соединенные инвертируюший сумматор, операционный усилитель и интегратор, при этом выход операционного усилителя и выход интегратора подключены соответственно к первому и второму входам инвертируюшего сумматора, а также формирователь импульсов, компаратор, регулируемый источник напряжения и электронный переключатель, при этом выход операционного усилителя подключен также к входу компаратора, к
35 размыкающему контакту электронного переключателя и к одному выходу регулируемого источника напряжения, а выход интегратора подключен также к входу запоминающего блока, управляющий вход которого и
40 управляющий вход электронного переключателя подключены к выходам формирователя импульсов (2).
Однако известный генератор напряжения шума имеет узкую шумовую полосу.
Цель изобретения — расширение шумовой полосы.
Поставленная цель достигается тем, что в генератор напряжения шума, содержащий . последовательно соединенные инвертируюший 50 сумматор, операционный усилитель и интегратор, при этом выход операционного усилителя и выход .интегратора подключены .соответственно к первому и второму входам инвертирующего сумматора, а также формирователь 55 импульсов, компаратор, регулируемый источник напряжения и электронный переключатель, при этом выход операционного усилителя подключеи также к Входу комиаратора, к раэмыкаклцему контакту электронного переключателя и к одному Выходу регулируемого источника напряжения, Введеи элемент И, ОДИН ВХОД КОТОРОГО ПОДКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ компаратора, другой вход -- к выходу формирователя импульсов, вход которого иодключеи к выходу интегратора, а выход элемента Й подключен к уиравляющему входу электрояного исреклю ателя, замыкающий контакт которого подключен к другому выходу регулируемого источника напряжения, а переключающий контакт через введенный конденсатор подключен к входу операционного усилителя, при этом инвертирующий сумматор выполнен с регулируемым коэффициентом веса по первому входу.
На фнг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного генератора напряжения шума; на фиг. 2 — диаграмма точечного преобразования.
Генератор напряжения шума содержит инвертируюшнй сумматор 1, операционный усилитель 2. интегратор 3, формирователь 4 импульсов, комиаратор 5, элемент И 6, регулируемый источник 7 напряжения, электронный переключатель 8 н конденсатор 9.
Генератор напряжения шума работает следующим образом.
Пусть в начальный момент (после включения ни;ания на генератор) колебания малы и в колебательном звене, образованном ннвертирующнм сумматором 1, интегратором, содержащим операционный усилитель 2, и конденсатор 9, и интегратором 3, под действием положительной обратной связи возникают нарастающие колебания. Нарастание колебаний обусловлено действием положительной обратной связи на первый вход инвертирующего сумматора 1.
В это время на выходе формирователя 4 импульсов в каждый момент, когда нарастающие колебания проходят через ноль в положительном направлении, формируется короткий импульс. Этот импульс поступает на один из входов элемента И 6. На второй вход этого элемента И 6 поступает запирающее напряжение с выхода компаратора 5.
Как только напряжение на выходе операционного усилителя 2 достигает порога срабатывания компаратора 5 (он выбирается в области отрицательных напряжений) на его выходе появляется высокий потенциал, отпирающий элемент И 6. Импульс с выхода формирователя 4 проходит через элемент И 6 и, воздействуя на управляющий вход электронного переключателя 8, переключает его. В
Ф результате чего между выходом н входом
1 149375 4 колебания в колебательном звене описываются дифференциальным уравнением операционного усилителя 2 оказываются вклю чениыми регулируемый источник 7 напряжения и конденсатор 9. Напряжение иа выходе операционного усилителя 3 мгновенно (со скоростью, огра«ичениой лишь его быстродействием) изменяется иа величину напряжения регулируемого источника 7 (уменьшается ио модулю). В результате этого напряжение на выходе операционного усилителя 2 становится меньше напряжения срабатывания компаратора 5. Элемент И 6 закрывается и колебания снова начинают нарастать. При нарастании колебаний в следующий раз амплитуда их на выходе операционного усилителя 2 снова достигает порога срабатывания компарато1 ра 5. Открывается элемент И 6 и пропускает очередной импульс с выхода формирователя 4 на управляющий вход электронного перекл<очателя 8. Происходит очередное его переключение. Напряжение на выходе операии2 онного усилителя 2 снова уменьшается на величину напряжения регулируемого источ— ника 7 и все процессы повторяются. Ио так как к моменту очередного переключения электронного переключателя 8 напряжение
25 на выходе операционного усилителя 2 дости-. гает разных значений, зависящих от предыдущего значения, то в очередной раз амплитуда колебаний принимает случайное значение иэ области допустимых. В результате на . выходе интегратора 3 амплитуда колебаний изменяется случайным образом.
Спектр колебаний в основном сосредоточен в окрестности частоты, определяемой сопротивлениями R и конденсаторами С интеграторов,. т. е. сосредоточен вблизи частоты 35
+ Ю Х
z в а Xlu
5 где х, х, х — напряжения, соответственно, на выходе инвертирующего сумматора 1, операционного усилителя 2 и интегратора 3.
Решение этого уравнения имеет в<гц, х =- х„3 Sih(a — gtt+
5 Если рассмотреть только те значения х, которые соответствуют моментам времени, когда функция si <1 достигает максимального значения, то получим х(ti) х,12 (1) В момент срабатывания компаратора 5 и переключения электронного переключателя
8 происходит уменьшение амплитуды колеба30 нии на выходе операционного усилителя 2 на значение напряжения регулируемого источника 7. В результате каждое последующее и предыдущие значения связаны соотношением
1 в 2i Ширина спектра колебаний зависит от значения глубины положительной обратной связи, определяемой коэффициентом веса по первому входу инвертируюшего сумматора 1 и значением напряжения регулируемого источника 7. Регулируя коэффициент веса по первому входу инвертирующего сумматора 1 и напряжение регулируемого источника 7, можно изменять шумовую полосу генерируемых колебаний. Случайный характер изменения амплитуды колебаний очень просто объяснить, если найти зависимость между амплитудой в i -й и i+1 моменты времени включения электронного переключателя 8. Несложно показать,, что для момента срабатывания компаратора 5 Причем связь i-го значения амплитуды и <+1-го дается соотношением х,-,„= (х,. — a)K-, (3) где а — значение напряжения регулируемого источника 7. Уравнения (2) и (3) связывают значения х, (а и x;)à,ñîîòâåòñòâåííî, при х; (а и х; > а . Если построить в координатах х,. и х;,„эти зависимости, то они должны быть изображены в виде двух линий А я В (фиг. 2). Теперь о значениях х. и х. 1 1+1 можно судить по этим линиям, используя метод точечных отображений. Предположим, что в начальный момент амплитуда колебаний имеет значение х, (фиг.2), Через время х принимает значение х — х т = х К, В = В 1 в соответствии с (2) и далее х х .. Я . 2 3 " В некоторый момент времени амплитуда напряжения принимает значение х т При этом срабатывает компаратор 5, так как порог его срабатывания выбран равным Ь . Следующее значение х необходимо находить уже из уравнения (3). При точечном отображении предыдущему значению х т соответствует хв и так далее. В результате последовательного применения точечного 1149375 хв Х :щг,4х. i х х х Фиг. Г Составитель Н. Матвиенко Техред Ж.Кастелевич Корректор E. Рошко Подписное Редактор Ан. Шандор Заказ 1916/40 Тираж 872 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 отображения дальше видно, что все значения х не выходят за пределы квадрата, обведенного толстой линией. Видно также,. что в пределах этого квадрата значения х никогда не повторяются, т. е. носят случайный характер. Изменяя наклоны линий, соответствующих уравнениям (2) и (3), т, е. изменяя коэффициент веса по первому входу инвертирующего сумматора 1. и регулируя напряжение регулируемого источника 7,можно увеличивать или уменьшать размеры квадрата, т.е. изменять дисперсию отклонений амплитуды и варьировать ширину спектра генерируемых шумовых колебаний. Таким образом, достигается положительный эффект. В сравнении с известным устройством, в качестве которого выбран генератор шума типа Г2 — 47, предлагаемый генератор отличается значительной простотой регулировки шу- . мовой полосы, так как в известном объекте для изменения шумовой полосы требуется дополнительный перестраиваемый фильтр, кото10 рый существенно усложняет генератор. Кро.ме того, в предлагаемом генераторе легко осуществляется и перестройка центральной частоты шумового спектра.