Генератор синусоидального напряжения

 

1. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий после довательно соединенные суммирующий усилитель-инвертор , первый интегрирующий . усилитель и второй интегрирующий усилитель , выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя-инвертора, а также первый и второй генераторы тока, выходы которых подключены к второму входу суммирующего усилителя-инвертора, потенциометр , первый второй и третий компараторы , при этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к входу первого компаратора и одному выводу потенциометра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и длительности переходных процессов, в него введены последовательно соединенные инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу второго интегрирующего усилителя, и четЕ ертый компаратор , а также комбинационный логический блок, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены к выходам соответственно первого второго, третьего и четвертого компараторов, а первый и второй выходы - к входам соответственно первого и второго генераторов тока, при этом выход первого интсгрируюнхего усилителя подключен также к входу второго компаратора , а выход инвертирующего усилителя подключен к другому выводу потенциометра, отвод которого подключен к входу третьего компаратора, комбинационный логический блок выполнен в виде трех инверторов, четырех неремножителен и двух сумматоров, при этом первый вход первого перемножителя является первым входом комбннацнонного логического блока, первые входы второго и третьего перемножителей и вход первого инвертора объединены и являются вторым входом ко.мбинационного логического блока, второй вход первого перемножйтеля и.вход второго инвертора объединены и являются третьим входом комбинационного логического блока, в.чод третьего инвертора, второй вход третьего перемножителя и первый вход четвертого перемножителя объединены и являются четвертым входом комбинационного (Л логического блока, выход первого инвертор .а подключен к третьему входу первог.о перес множителя, четвертый вход которого подключен к выходу третьего инвертора, а выход первого перемножнтеля подключен к первому входу первого сумма.тора, второй вход которого подключен к выходу четвертого перемножителя, а выход первого сумматора 05 является первым выходом комбинационного О5 логического блока, выход второго инвертора го подключен к вторым входам второго и чето: вертого перелиюжителей, выход второго перемножителя подключен к первому входу| о второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу Третьего перемножителя , а выход второго сумматора ямяется вторым выходом комбинационного логического блока. 2. Генератор по п. 1, отличающийсят, что, с целью уменьц;ения длительности переходных процессов, в комбинационный логический блок Ешедены последопатсльно соединенные четвертый инвертор, в.ход которого подключен к первому Bxo.iy комбинационного логического блока, и пятый перемножи

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

q(5g Н 03 В 5 20, 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3596609/24-09 (22) 24.05.83 (46) 07.07.85. Бюл. № 25 (72) 10. К. Рыбин и Б. Л. Грошев .(71) Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (53) 621.373 42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 470898, кл. H 03 В 5/06, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 416815, кл. Н 03 В 5/06, 1972 (прототип) . (54) (57) 1. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИ>1, содержащий после довательно соединенные суммирующий усилитель-инвертор, первый интегрирующий усилитель и второй интегрирующий усилитель, выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя-инвертора, а также первый и второй генераторы тока, выходы которых подключены к второму входу суммирующего усилителя-инвертора, потенциометр, первый второй и третий компараторы, при этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к входу первого компаратора и одному выводу потенциометра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и длительности переходных процессов, в него введены последовательно соединенные инвертирующнй усилитель, вход которого подключен к выходу второго интегрирующего усилителя, и четвертый компаратор, а также комбинационный логический блок, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены к выходам соответственно первого; второго, третьего и четвертого компараторов, а первый и второй выходы — к BxojlBM соответственно первого и второго генераторов тока, прн этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к входу второго компарато„„Я0„„1166260 А ра, а выход инвертирующего усилителя подключен к другому выводу потенциометра, отвод которого подключен к входу третьего компаратора, комбинационный логический блок выполнен в виде трех ннверторов, четырех перемножителей и двух сумматоров, при этом первый вход первого перемножителя является первым входом комбннацнонного логического блока, первые входы второго и третьего перемножитслсй н вход первого инвертора объединены и являются вторым входом комбинационного логического блока, второй вход первого перемцожителя и вход второго инвертора объединены и являются третьим входом комбинационного логического блока, вход третьего инвертора, второй .вход третьего перемножителя и.первый вход четвертого перемножителя объединены и яв- З ляются четвертым входом комбинационного логического блока, выход первого инверто- Яф ра подключен к третьему входу первого пере- у множителя, четвертый вход которого подклю- чен к выходу третьего инвертора, а выход первого персмножнтеля подключен к первому входу первого сумматора, второй вход > которого подключен к выходу четвертого перемножителя, а выход первого сумматора является первым выходом комбинационного

° логического блока, выход второго инвертора подключен к вторым входам второго и чст- Ьм) вертого перемножитслей, выход второго пе- ф рсмножителя подключен к первому входу1 второго сумматора, второй вход которого: подключен к выходу третьего перемножителя, а выход второго сумматора является вторым выходом комбинационного логического блока.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, }фв что, с целью уменьшения длительности переходных процессов, в комбинационный логический блок введены последовательно соединенные четвертый инвсртор, вход которого подклк.чен к первому входу комбипацнонного логи геского блока, и пятый псрсмножи1,166260

4S тель, второй вход которого подключен к третьему входу комбинационного логического блока, третий вход — к выходу третьего ин1

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения синусондальных колебаний стабильной амплитуды с малыми нелинейными искажениями и малым временем установления амплитуды колебаний.

Цель изобретения — уменьшение нелинейных искажений и длительности переходных процессов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема генератора синусои дального напряжения; на фиг. 2 и 3 варианты выполнения комбинационного логи ческого блока; на фиг. 4 — фазовая плоскость переменных напряжений.

Генератор синусоидального напряжения содержит (фиг. 1) суммирующий усилитель-инвертор 1, первый 2 и второй 3 интегрирующие усилители, инвертирующий усилитель 4, потенциометр 5, первый б, второй

7, третий 8 и четвертый 9 компараторы, б комбинационный логический блок 10, первый 11 и второй 12 генераторы тока. При этом комбинационный логический блок 10 содержит (фиг. 2) первый 13, второй 14 н третий 15 инверторы, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертЫй 19 перемножители, пер вый 20 и второй 21 сумматоры, а также дополнительно (фиг. 3) — четвертый инвертор 22 н пятый перемножитель 23.

Генератор синусоидального напряжения работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на генератор синусоидального напряжения в колебательном звене возникают синусоидальные колебания с амплитудой, определяемой начальными условиями и состоянием выходных сигналов компараторов 6 — 9. Пороги сра.батывания компараторов 6-9 выбираются так что компараторы 7 и 9 срабатывают при напря кении на их входах больше -ф41 . При

>том на их выходах сигнал меняется с низкого до высокого уровня. Сигналы низкого уровня можно принять за логический ноль, а сигналы высокого уровня за логическую единицу. Компаратор 8 срабатывает, если на его входе, напряжение становится меньше нуля, а компаратор б — когда напряжение становится больше нуля, Дальнейшее изменение амплитуды колебаний зависит от начальных условий и, следовательно, от состоя ний компараторов 6 — 9. вертора, а выход пятого перемножителя подключен к дополнительному третьему входу второго с ум м а тор а.

Процесс изменения амплитуды колебаций удобно изобразить на фазовой плоскости переменных напряжений на выходе первого 2 (И ) и второго 3 (Их) интегрирующих усилителей (фиг. 4). На фазовой плоскости наряду с осями координат, соответствующими йапря>кениями И1 и И, показаны линии б, 7, 8 и 9 . Этими линиями обозначены на пряжения срабатывания компараторов 6 — 9.

Например, есди напряжение Uq на выходе первого 2 интегрирующего усилителя больше нуля, но меньше - — U то срабатывает

V2 компаратор б, если это напряжение U больше — Ц„, то срабатывают компараторы 7

Л и 9. При напряжении U g на выходе вто15 рого интегрирующего усилителя 3 меньше — ф Uè срабатывает компаратор 9, так как после инвертирующего усилителя

4 оно становится положительным и больше

7 Ur. И, наконец, компаратор 8 срабаты. вает, если сумма напряжений Uq u Up отрицательна и точка на фазовой плоскости лежит выше линии 8 .

Пусть начальные условия (напряжения на конденсаторах интегрирующих усилителей 2 н 3) таковы, что срабатывает только

yj, компаратор 8. В этом случае напряжение на его выходе соответствует логической единице, а на выходах остальных компараторов

6, 7, 9 — логическому нулю.

Изображающая точка находится в секторе V, например, в положении А. На переЗО множители 16 — 19, связанные с компараторами 6, 7 и 9, поступают напряжения низкого уровня, соответствующие нулю, следовательно, на их выходах действует напряжение равное нулю. Таким образом, после суммирования в сумматорах 20 и 21 напряжений

З5 на выходах комбинационного логического блока 10 действуют сигналы низкого уровня, недостаточные для включения генераторов 11 и 12 тока. Колебания в колебательном звене начинаются с амплитудой, соответствующей - начальным условиям, и продолжаются по синусоидальному закону, которому на фазовой плоскости соответствует дуга Аа с центром в начале координат. В момент пересечения изображающей точкой линии 8 в точке а напряжение на выходе компаратора 8 понижается, но это не меняет напряжений на выходах комбинационного логического блока 10. Колебания продолжаются с прежней амплитудой. Напряжения на

1!66260

50 где

55 выхолах комбинационного логического блока 10 не изменяются и когда изображак>щая точка пересекает линию 6 (ось !Лв). При этом срабатывает компаратор 6. Напряжение на его выходе принимает значение «1».

Это напряжение не изменяет выходного .напряжения перемножителя 16, так как на входе, связанном с выходом компаратора 8, в этот момент действует «0», следовательно, произведение равно нулю и состояние выходов комбинационного логического блока 10 не меняется. Движение изображающей точки происходит до точки в. И только когда изображающая точка пересекает линию 8 в точке в, срабатывает компаратор 8, тогда на всех входах перемножителя !6 действуют высокие уровни. На его выхоле появляется высокий уровень, который после сумматора 20 включает генератор 11 тока. Это приводит к тому, что последующее движение изображающей точки происходит от точки в к точке с по дуге новой окружности с центром в точкесс, смещенной относительно начала координат влево.

Когда изображающая точка достигает точки с, включается компаратор 7, который своим сигналом после инверсии в инверторе

13 закрывает перемножитель 16, при этом на первом выходе комбинационного логического блока 10 снова появляется «О», генератор

I1 тока выключается и изображающая точка, движется по дуге cd окружности с центром в начале координат. В момент, соответствующей точке d, компаратор 7 выключается, открывается перемножитель 16, появляется «Ь . на первом выходе комбинационного логического блока 10, включается генератор 11 тока, центр окружности последующего движения изображающей точки смещается в точкуи».

Колебания нарастают, срабатывает компаратор 7, сигнал на первом выходе комбинационного логического блока IO исчезает, движение снова происходит по окружности с центром в начале координат. Затем траектория в очередной раз пересекает линию 7, и все процессы повторяются.

Дальнейшее движение происходит вдоль. линии 7, возникает так называемый скользящий режим. Длина отрезка скользящего

Р в -1П>

На фиг. 4 отрезок скользящего режима обозначен волнистой линией. В результате нзображающая точка лостигает точки е на окружности, соответствующей стационарным колебаниям с заданной амплитудой Vktt. Последующее движение.происходит по окружности до точки f и далее ло точки g. т.е. в гене- раторе устанавливаются синусоилальные колебания с амплитудой U . Для устранения возможных погреииюстей установки уровней компараторов 6 — 9 используется потенцио-. метр 5, с помощью которого уменьшается длительность паразитных импульсов, возникающих в окрестностях точек е, f, g.

I5

Лналогично можно рассмотреть процесс нарастания колебаний и при другиx ícktk;tëüных условиях внутри окружности сташгонарного режима.

Если же начальные условия соответствуют точке В, находящееся вне окружности стационарного режима, то срабатыва1от все компараторы 6 — 9. Сигналы с выходов компараторов 7 и 9 после перемножителя 18 и сумматора 21 вызывают появление «!» на втором выхоле комбинационного логического блока 10, который включает генератор 12 тока. Изображающая точка начинает движение по окружности с центром в точке шалего режима в этом случае равна (с — — — Uktt). Дальнейшее движение происходит по окружности, соответствующей стационарному режиму, через точки е, f, g.

Из приведенного описания работы генератора ясно, что генератор ll тока включается, когда изображающая точка попадает в области 1 и V, а генератор 12 тока — - в области Ц и !II фазовой плоскости. Очевидно, что на окружности, соответствующей стационарному режиму, генераторы 11 и 12 тока не включаются, не вносят корректирующего воздействия и, следовательно, нелинейные искажения выходного напряжения минимальны. Это определяет преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным, в котором Корректирующее kta пря>кение присутствует и в стационарном режиме, приволя к существенным нелинейHk>Dt искажениям.

Наличие в предлагаемом генератор скользящих режимов работы сокращает длн тельность переходных процессов при установлении амплитуды колебаш|й и лелает их принципиально конечной ллителыюстн. Время переходного процесса в предлагаемом генераторе, как видно из фиг. 4, не превышает — 1,5 периодов колебаний. И, что особенно важно, сокращение длительности переходных процессов не приводит к появлению нелинейных искажений.

Для функционирования предлагаемого генератора комбинационный логический блок 10 (фиг. 2) реализует следующие логи" ческие функции над входными переменными

И>0.)=И, Hg +И, И„И,Ич., И>.0 )= И„И, + И, Ht), (I) логические переменные на соответствующих выходах комбинационного логического блока 10. и на выходах соответствующих компараторов 6 — 9.

1166260

Каждое слагаемое в И 1>о) и Иг<®)отражает комбинацию логических переменных, при которой происходит включение генераторов 11 и 12 тока..Так, при появлении «1» на выходах компараторов 9 и 7, что соответствует области 11 фазовой плоскости, Hp1io) принимает значение «1» и включается генератор 12 тока. Этот же генератор 12 тока включается, когда «1» появляется на выходе компаратора 7, а «О» — на выходе компаратора 8, что соответствует области III.

При любых других состояниях компараторов

6 — 9 Ига принимает значение «О».

Логическая «1» на первом выходе комбинационного логического блока 10 появляется также в двух случаях, когда срабатывают компараторы 8 и 6, но еще не сработали компараторы 9 и 7 — это соответствует области 1, ограниченной oger, и когда срабатывает компаратор 9, но еще не сработал компаратор 8, т.е. в области IV.

Учитывая это, легко понять как работает генератор синусоидального напря>кения, в котором комбинационный логический блок

10 выполнен по второму варианту (фнг. 3).

В этом комбинационном логическом блоке

10 реализуются следующие логические функции:

H« М зИ9 + IQ Иг.ИО Hg

H?,(1 - .И> Иc} + Иг И8 + Q Ив Hg (2)

Логические функции 2 отличаются от логических функций (1) только наличием слагаемого Иб-И8-И . Если обратиться к фазовой плоскости, то видно, что это слагаемое принимает значение «1», если изображающая точка попадает в область V, ограниченную треугольником orf. ГIоявление еди10 ницы на первом выходе комбинационного логического блока 0 приводит к включению генератора 11, тока, тогда траектория движения изображающей точки проходит вдоль кривой Аа, в с d е ГIри этом время достижения изображающей точкой окружности (т.е) сокращается почти на 20% при тех >ке нелинейных искажениях.

Как видно из анализа работы генератора в областях 11, III u IV происходит уменьшение амплитуды колебаний, а в областях { и V — увеличение. Для стабилизации колебаний достаточно иметь по одной области управления вне и внутри окружности стацио парного режима, например, I и 11 или 1 и 111. При этом упрощается схема комбинационного логического.,блока 10, но возрастает длительность переходных процессов либо вне, либо внутри окружности.!

166260

Фиг.2

l 166260

Редактор О. Бугир ,Закаэ 4320151

Составитель Н. Матвиенко

Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Тираж 872 . Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4