Двухканальный генератор гармонических сигналов

Авторы патента:

H03B27 - Генерирование электрических колебаний, обеспечивающее несколько выходных сигналов одинаковой частоты, но отличающихся по фазе, кроме варианта с двумя выходными сигналами, находящимися в противофазе

Владельцы патента RU 2413354:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Мезон" (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для электропитания звуковоспроизводящей аппаратуры. Достигаемый технический результат - уменьшение влияния фазовой и амплитудной неидентичности при суммировании выходных сигналов обоих каналов генератора. Двухканальный генератор гармонических сигналов содержит два канала, каждый из которых содержит задающий генератор, предварительный усилитель, разделительный трансформатор, усилитель мощности и выходной трансформатор, а также два устройства согласования, два аналого-цифровых преобразователя и микропроцессор. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для питания различных радиоэлектронных устройств и в, частности, для электропитания звуковоспроизводящей аппаратуры класса HiFi.

Известны формирователи гармонических колебаний на основе усилителей класса "D" или ключевых генераторов [1].

Основной недостаток таких генераторов, обладающих высокой энергетической эффективностью, заключается в широком спектре гармоник выходных колебаний.

Устранение этого недостатка возможно путем фильтрации гармоник до приемлемого уровня, с ухудшением при этом массогабаритных характеристик или синтезированием колебаний из нескольких импульсов, число которых, их амплитуда и угловые координаты выбираются так, чтобы исключить низкие гармоники [2].

Однако и в этом случае формирование гармонических колебаний с приемлемыми значениями нелинейных искажений не представляется возможным.

Радикально решить проблему возможно, если использовать усиление сформированного задающим генератором высококачественного синусоидального колебания, а неизбежное при этом ухудшение энергетической эффективности компенсировать использованием в качестве усилителя мощности двухтактного мостового преобразователя, работающего в режиме "АВ", и запитанного от двухполярного импульсного источника питания [3].

Для увеличения в целом надежности устройства распределение общей мощности производят по нескольким каналам с возможным, при необходимости (для повышения мощности), суммированием выходных сигналов обоих каналов устройства. Однако при независимом характере формирования и усиления гармонических сигналов, решение этой задачи проблематично из-за некогерентности выходных сигналов задающих генераторов, а также фазовой и амплитудной неидентичности усилительных каналов устройства.

Целью изобретения является уменьшение влияния фазовой и амплитудной неидентичности при суммировании выходных сигналов обоих каналов генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный генератор гармонических сигналов, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных задающего генератора, предварительного усилителя, разделительного трансформатора, усилителя мощности и выходного трансформатора дополнительно введены первый и второй устройства согласования, входы которых соединены с выходами соответствующих каналов генератора, а выходы подключены ко входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, тактируемые входы которых объединены и подключены к тактируемому выходу микропроцессора, входы которого соединены с информационными выходами АЦП, а выходы "Сброс", установка параметров: "Частота", "Амплитуда" и "Фаза" подключены к соответствующим входам задающих генераторов, выполненных по методу прямого цифрового синтеза с общим кварцевым резонатором, подключенным к соответствующим входам обоих задающих генераторов.

На чертеже приведена структурная схема устройства, которая состоит: из кварцевого генератора 1; первого и второго задающих генераторов DDS 2 и 3; предварительных усилителей 4 и 5; разделительных трансформаторов 6 и 7; усилителей мощности 8 и 9; выходных трансформаторов 10 и 11, устройств согласования 12 и 13; аналого-цифровых преобразователей 14 и 15; микропроцессора 16.

Принцип действия генератора следующий.

В начальным момент времени микропроцессор 16 устанавливает необходимые значения частоты, фазы и амплитуды выходных сигналов задающих генераторов 2 и 3.

Предварительные усилители 4 и 5 усиливают сигналы до необходимого уровня, которые через разделительные трансформаторы 6 и 7 поступают на управляющие входы (базы транзисторов) двухтактных усилителей мощности мостового типа 8 и 9. Основное назначение разделительных трансформаторов - гальваническая развязка и, при необходимости, повышение уровней сигналов, подаваемых на усилители мощности. Усиленные по мощности сигналы через выходные трансформаторы 10 и 11 поступают на выходные клеммы устройства. В зависимости от характера нагрузки выходной трансформатор может быть или понижающим, или повышающим. В частности, при применении генератора в качестве устройства сетевого напряжения выходной трансформатор должен быть повышающим.

Сигналы на выходных клеммах устройства в общем случае являются некогерентными с изменяющимся во времени фазовым сдвигом. Объясняется это, в первую очередь, отличием по частоте задающих генераторов, а также неравенством времени распространения сигналов по каждому из каналов устройства. Указанные недостатки устраняются следующим образом. Во-первых, задающие генераторы выполнены по схеме прямого цифрового синтеза с использованием одного общего кварцевого генератора и синхронизацией импульсов сброса по обоим генераторам. Во-вторых, при измерении параметров выходных сигналов устройства используется метод "трех отчетов", что позволяет непрерывно отслеживать изменение фазы и амплитуды выходного сигнала.

Действительно, если взять за любой произвольный i период сигнала первого канала три выборки:

где ϕ - искомый фазовый сдвиг; θ - фазовый сдвиг между выборками,

то после несложных тригонометрических преобразований микропроцессор 16 определяет значение фазы сигнала и его амплитуду в i периоде сигнала:

Аналогично, если взять три выборки за i период сигнала второго канала:

то в микропроцессоре 16 зафиксируется:

Сравнивая (2), (3) и (5), (6) определяем разность фаз ΔФ=Ф₁-Ф₂ и разность амплитуд ΔU=U₁-U₂, характеризующие фазовую и амплитудную неидентичность каналов генератора. Сигнал фазовой и амплитудной ошибки с микропроцессора 16 поступает на генераторы 2 и 3, изменяя фазу и амплитуду их выходных сигналов таким образом, чтобы: lim ΔФ→0 и lim ΔU→0.

Необходимо подчеркнуть, что поскольку выборки по обоим каналам берутся непрерывно и синхронно, то произвольность начала измерения (первая выборка) не сказывается на погрешности измерения разности фаз двух сигналов.

Практические возможности предложенного технического решения определяются двумя факторами:

- точностью измерения разности фаз и амплитуд выходных сигналов устройства;

- разрешающей способностью регулирования по фазе задающих генераторов DDS.

Проведенные эксперименты с использованием АЦП AD7495, микропроцессора ATXmega128A1 и генератора DDS AD9834BRU показывают, что в диапазоне частот до 100 кГц реальная точность регулирования составляет 0,02-0,03°, что вполне достаточно для неискаженного суммирования выходных сигналов двухканальных генераторов, осуществляющих питание различных радиоэлектронных устройств.

Литература

1. Артым А.Д. Усилители класса D и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. - М., Связь., 1980, 209 С.

2. Дмитриков В.Ф., Петяшин Н.Б., Сиверс М.А. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. М., Радио и связь, 1988, 192 С.

3. Цыкина А.В. Электронные усилители. М., Радио и связь. 1982. 288 С.

Двухканальный генератор гармонических сигналов, каждый канал которого состоит из последовательно соединенных задающего генератора, предварительного усилителя, разделительного трансформатора, усилителя мощности и выходного трансформатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния фазовой и амплитудной неидентичности при суммировании выходных сигналов обоих каналов генератора, в него дополнительно введены первый и второй устройства согласования, входы которых соединены с выходами соответствующих каналов генератора, а выходы подключены ко входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, тактируемые входы которых объединены и подключены к тактируемому выходу микропроцессора, входы которого соединены с информационными выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы "Сброс", установка параметров "Частота", "Амплитуда", "Фаза" подключены к соответствующим входам задающих генераторов, выполненных по методу прямого цифрового синтеза с общим кварцевым резонатором, подключенным к соответствующим входам задающих генераторов.

Изобретение относится к устройствам генерирования электрических колебаний, обеспечивающих несколько выходных сигналов, и может быть использовано в устройствах электротехники для формирования двухфазного или трехфазного сигнала задания тока и напряжения электропривода переменного тока, а также к другим областям техники, где необходимо иметь двухфазные либо трехфазные напряжения или токи строго синусоидальной формы, регулируемой частоты с точным 90° или 120° - фазовым сдвигом между ними и возможностью изменения порядка чередования фаз.

Цифровой формирователь четырехфазного гармонического колебания // 2212092

Изобретение относится к области радиотехники и может применяться в вычислительной технике. .

Генератор с раздельной цифровой регулировкой частоты и фазы импульсов // 2168268

Цифровой многофазный генератор // 2066918

Двухфазный генератор гармонических сигналов // 2033684

Изобретение относится к импульсной и измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, например в томографии на основе ядерного магнитного резонанса.

Генератор квадратурных колебаний // 1805542

Цифровой генератор трехфазных синусоидальных сигналов // 1797732

Цифровой многофазный генератор // 1750032

Цифровой формирователь трехфазных синусоидальных сигналов // 1732418

Изобретение относится к электротехнике и измерительной технике и может быть использовано при метрологическом обслуживании электротехнических устройств трехфазного напряжения и измерителей несимметрии .

Многофазный формирователь сигналов // 1732417

Изобретение относится к радиотехнике и м.б. .

Кольцевой кмоп генератор, управляемый напряжением // 2455755

Двухфазный lc-генератор квадратурных гармонических колебаний // 2485667

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для генерации гармонических колебаний

Октавный микропотребляющий высокочастотный кмоп генератор, управляемый напряжением // 2485668

Управляемый генератор // 2506692

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано при построении управляемых генераторов. Достигаемый технический результат - уменьшение нелинейных искажений и асимметрии выходных сигналов. Управляемый генератор содержит два перемножителя, два интегратора, нелинейный элемент и сумматор, при этом выход первого интегратора соединен с первым входом второго перемножителя, входом нелинейного элемента и первым выходом управляемого генератора, выход второго интегратора соединен со вторым выходом управляемого генератора и вторым входом сумматора, к выходу которого подключен первый вход первого перемножителя, второй вход которого соединен с управляющей шиной управляемого генератора и вторым входом второго перемножителя, причем выходы первого и второго перемножителей соединены, соответственно, с входами первого и второго интеграторов, а также блок управления, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым выходами управляемого генератора, третий вход блока управления соединен с шиной опорного напряжения, а четвертый вход подключен к выходу нелинейного элемента, при этом выход блока управления соединен с первым входом сумматора. 2 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

Функциональный генератор // 2534939

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в аппаратуре связи, измерительной и вычислительной технике для формирования квадратурных гармонических сигналов нескольких частот и сигналов различной формы одинаковой частоты. Достигаемый технический результат - обеспечение работоспособности при изменении в широких пределах амплитуды квадратурных сигналов. Функциональный генератор содержит источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модулей, первый и второй квадраторы, сумматор, формирователь биполярных сигналов прямоугольной формы, первый и второй вычитатели, вычислитель амплитуды и делитель. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Функциональный генератор // 2541147

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в аппаратуре связи, измерительной и вычислительной технике для формирования квадратурных гармонических сигналов нескольких частот и сигналов различной формы одинаковой частоты. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей и сохранение высокой линейности сигнала треугольной формы при изменении амплитуды квадратурных гармонических сигналов в широких пределах. Функциональный генератор содержит схему сравнения, перемножитель, первый сумматор, первый и второй управляемые интеграторы, инвертор, релейный элемент, первый и второй квадраторы, второй сумматор, вычислитель квадратного корня, формирователь сигнала треугольной формы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Управляемый кольцевой генератор импульсов // 2546073

Изобретение относится к электронным схемам и может быть использовано для генерирования множества смещенных по фазе импульсов с управляемой частотой в системах синхронизации и преобразования сигналов. Достигаемый технический результат: расширение диапазона электронной перестройки частоты генерируемых импульсов. Управляемый кольцевой генератор импульсов содержит замкнутую цепь из нечетного количества инвертирующих каскадов, каждый из которых имеет присоединенный к выходу предшествующего каскада первый сигнальный вход для образования основного контура обратной связи и второй сигнальный вход, общее количество каскадов выбирается кратным трем, при этом каждый i-ый каскад выполняется в виде управляемого элемента фазовой интерполяции, у которого второй сигнальный вход подключен к выходу (i-3)-го каскада, входы управления всех элементов фазовой интерполяции соединены с общим зажимом управляющего напряжения. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

Управляемый генератор квадратурных сигналов // 2551824

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано при построении управляемых генераторов. Техническим результатом является повышение спектральной чистоты формируемых квадратурных гармонических сигналов. Устройство содержит два умножителя, два интегратора, два квадратора, два сумматора, инвертор, два делителя, блок извлечения квадратного корня, компаратор, источник опорного напряжения. 3 ил.

Формирователь трехфазных гармонических сигналов // 2553418

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано при построении многофазных генераторов. Достигаемый технический результат - формирование трехфазных гармонических сигналов с фазовыми сдвигами ± 120° между ними при стабильности этих сдвигов при изменении частоты и амплитуды входного сигнала в широких пределах. Формирователь трехфазных гармонических сигналов содержит два резистора, два конденсатора, два повторителя, два компаратора, два одновибратора, два устройства выборки-хранения, делитель, масштабирующий усилитель, инвертор, два управляемых фазовращателя, при этом инвертор включен между входной шиной и первым входом первого управляемого фазовращателя, выход которого соединен со вторым выходом формирователя трехфазных гармонических сигналов, первый выход которого соединен с входной шиной и первым входом второго управляемого фазовращателя, выход которого соединен с третьим выходом формирователя трехфазных гармонических сигналов. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Формирователь квадратурных гармонических сигналов // 2553434

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в многофазных генераторах, а также в устройствах модуляции-демодуляции квадратурных сигналов. Достигаемый технический результат - осуществление синхронизации выходных сигналов с фазой входного сигнала, амплитуда и частота которого могут изменяться в широких пределах. Формирователь квадратурных гармонических сигналов, содержит источник гармонического сигнала, два фазовращателя, два компаратора, два одновибратора, два устройства выборки-хранения, делитель, умножитель, сумматор, выход которого соединен со вторым выходом формирователя квадратурных гармонических сигналов, первый выход которого соединен с входами первого и второго фазовращателей, два резистора, конденсатор, операционный усилитель и масштабирующий усилитель, при этом источник гармонического сигнала включен между входом второго фазовращателя и общей шиной. 2 ил.