Формирователь сигнала треугольной формы



Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы
Формирователь сигнала треугольной формы

 


Владельцы патента RU 2536387:

Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в измерительной, вычислительной технике. Достигаемый технический результат - сохранение высокой линейности формируемого сигнала треугольной формы при изменении частоты входного источника гармонических колебаний в широких пределах. Формирователь сигнала треугольной формы содержит первый и второй вычислители модуля, перемножитель, суммирующий блок, вычитатель и сумматор. 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в измерительной, вычислительной, а также в преобразовательной технике для систем управления с широтно-импульсной модуляцией, устройствах временной задержки, в преобразователях «напряжение - временной интервал» и т.д.

Известно устройство [1], содержащее источник квадратурных гармонических сигналов, два вычислителя модуля и сумматор, на выходе которого формируется сигнал треугольной формы, имеющий значительную нелинейность на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.

Известно устройство [2], содержащее аналого-цифровой фазовращатель, два вычислителя модуля и сумматор, на выходе которого формируется сигнал квазитреугольной S-образной формы, имеющий значительную нелинейность на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.

Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, аддитивный формирователь сигнала треугольной формы [3], содержащий два вычислителя модуля, два перемножителя, квадратор, амплитудный компаратор, вычитатель, коммутатор и суммирующий блок, выполненный из второго вычитателя и сумматора, при этом выход суммирующего блока соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый вход которого соединен с входом первого вычислителя модуля и первым входом первого перемножителя, второй вход аддитивного формирователя сигнала треугольной формы соединен с входом второго вычислителя модуля, входом квадратора и вторым входом первого перемножителя, к выходу которого подключены неинвертирующий вход амплитудного компаратора, первый вход вычитателя и первый вход второго перемножителя, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, к выходу которого подключен второй вход коммутатора, выход которого соединен с третьим входом суммирующего блока, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго вычислителей модулей соответственно, причем к выходу квадратора подключен второй вход второго перемножителя, первый вход коммутатора соединен с выходом амплитудного компаратора, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

На выходе устройства формируется улучшенный квазилинейный сигнал треугольной формы, но блок коррекции содержит большое количество прецизионных, а следовательно, дорогостоящих микросхем (два перемножителя и квадратор, который также может быть выполнен из перемножителя).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение устройства и сохранение высокой линейности формируемого сигнала треугольной формы при изменении частоты входного источника гармонических колебаний в широких пределах.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй вычислители модуля, перемножитель, суммирующий блок и вычитатель, при этом выходы первого и второго вычислителей модулей соединены соответственно с первым и вторым входами суммирующего блока, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами перемножителя, введен сумматор, при этом первые входы вычитателя и сумматора соединены с первым входом формирователя сигнала треугольной формы, второй вход которого соединен с вторыми входами вычитателя и сумматора, входы первого и второго вычислителей модулей подключены к выходам соответственно вычитателя и сумматора, причем третий вход суммирующего блока соединен с выходом перемножителя.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Введение в предлагаемый формирователь сигнала треугольной формы сумматора, а также организация новых связей между функциональными элементами позволило упростить устройство и сохранить высокую линейность сигнала треугольной формы при изменении частоты квадратурных гармонических сигналов в широких пределах.

Изобретение поясняется структурной схемой формирователя сигнала треугольной формы (фиг.1) и графиками (фиг.2 - фиг.5), поясняющими принцип работы формирователя сигнала треугольной формы.

Формирователь сигнала треугольной формы содержит первый 1 и второй 2 вычислители модуля, перемножитель 3, суммирующий блок 4, вычитатель 5 и сумматор 6, при этом первые входы вычитателя 5, сумматора 6 и перемножителя 3 соединены с первым входом формирователя сигнала треугольной формы, второй вход которого соединен с вторыми входами вычитателя 5, сумматора 6 и перемножителя 3, к выходу которого подключен третий вход суммирующего блока 4, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, причем первый вычислитель модуля 1 включен между выходом вычитателя 5 и первым входом суммирующего блока 4, а второй вычислитель модуля 2 включен между выходом сумматора 6 и вторым входом суммирующего блока 4.

Формирователь сигнала треугольной формы работает следующим образом.

На первый и второй входы формирователя сигнала треугольной формы поступают (фиг.2а) гармонические колебания I(t) и Q(t), сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. градусов

где AI и AQ - амплитудные значения входных сигналов I(t) и Q(t), а ω0 - круговая частота сигналов I(t) и Q(t), связанная с циклической частотой f0 известным соотношением ω0=2 πf0.

На выходе вычитателя 5 формируется (фиг.2б) сигнал

а на выходе сумматора 6 будет сформирован сигнал (фиг.2б)

где K1 и K2 - коэффициенты передачи вычитателя 5 соответственно по первому и второму входам; K3 и K4 - коэффициенты передачи сумматора 6 соответственно по первому и второму входам.

Сумма двух синусоидальных величин с одной и той же частотой ω0 является также синусоидальной величиной с той же самой частотой, причем амплитудное значение результирующего колебания

где AV1 - амплитудное значение формируемого сигнала V1(t);

φI и φQ - начальные фазы сигналов I(t) и Q(t).

Значение фазы φV1 результирующего сигнала V1(t) можно найти с помощью выражения

Для нормированного значения амплитуд AI=AQ=A*=1 и для φI=0, φQ=π/2 с помощью (4) и (5) получим A V 1 = A * 2 ; φV1=-π/4.

На выходе сумматора 6 формируется (фиг.2б) также гармонический сигнал V2(t), для которого A V 2 = A * 2 , но φV2=π/4.

Таким образом, на выходах вычитателя 5 и сумматора 6 формируются квадратурные сигналы V1(t) и V2(t), то есть сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. градусов. По отношению к входным сигналам эти сигналы сдвинуты на 45 эл. градусов (фиг.2б).

При K 1 = K 2 = K 3 = K 4 = 1 / 2 амплитудные значения сигналов будут в точности равны нормированному значению AV1=AV2=A*=1.

Рассмотрим принцип формирования квазилинейного сигнала треугольной формы N(t).

На вход первого вычислителя модуля 1 подается сигнал V1(t), а на вход второго вычислителя модуля 2 - сигнал V2(t).

Вычислители модулей 1 и 5 обеспечивают (фиг.3) получение модулей сигналов V1(t) и V2(t), которые поступают соответственно на первый неинвертирующий и второй инвертирующий входы суммирующего блока 4.

При отсутствии компенсирующего сигнала Sk(t) на выходе суммирующего блока 4 будет сформирован (фиг.3) «виртуальный» синтезированный сигнал

где K5 и K6 - коэффициенты передачи суммирующего блока 4 по первому неинвертирующему и второму инвертирующему входам соответственно.

При K5=K6=1 на выходе суммирующего блока 4 амплитуда сигнала Ssint(t) будет равна нормированному значению амплитуды A* сигналов S1 (t) и S2(t). Частота основной гармоники Ω1 синтезированного сигнала треугольной формы Ssint(t) равна удвоенному значению частоты ω0 квадратурных сигналов I(t) и Q(t).

На участках «прямого хода» (интервал T1 от π/4 до 3π/4) и «обратного хода» (интервал T2 от 3π/4 до 5π/4) сигнал Ssint(t) имеет S-образные характеристики, то есть является «квазилинейным».

Погрешность e1 синтезированного сигнала Ssint(t) найдем с помощью следующего выражения: e1=S0(t)-Ssint(t), где S0(t) - эталонный сигнал треугольной формы.

График зависимости e1 от угла x=ω0t приведен на фиг.4. Максимальное отклонение e1 по модулю превышает 4% (e1=42,5 мВ при нормированном значении амплитуды A*=1000 мВ).

Для уменьшения нелинейности сигнала треугольной формы N(t) в прототипе используется большое количество прецизионных, а следовательно, дорогостоящих микросхем (два перемножителя и квадратор, который также может быть выполнен из перемножителя).

В настоящем изобретении предлагается формировать корректирующий сигнал с помощью только одного перемножителя 3

На фиг.5. приведены графические зависимости, поясняющие принцип уменьшения нелинейности формируемого сигнала треугольной формы N(t).

Синтезированный сигнал Ssint(t) умножается на коэффициент α, а корректирующий сигнал Sk(t) - на коэффициент β. При этом необходимо выполнить следующие условия:

Коэффициенты α и β, входящие в (8), обеспечивают минимизацию остаточной погрешности (нелинейности) e2 формируемого сигнала треугольной формы N(t), то есть являются оптимальными.

Погрешность e2=S0(t)-N(t) после введения корректирующего сигнала составляет примерно 1,1 мВ, то есть уменьшается почти в 40 раз.

Введение в формирователь сумматора, а также организация новых связей между функциональными элементами, позволило упростить (по сравнению с прототипом) устройство, снизить его себестоимость и сохранить высокую линейность формируемого сигнала треугольной формы при изменении частоты входного источника гармонических колебаний в широких пределах.

Источники информации

1. Шустов М.А. Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. Функциональный генератор инверсного построения - (стр.239 - Рис.36.12).

2. Пат. 81859 Российская Федерация, МПК7 H03K 4/06. Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). №2008146321/22; заявл. 24.11.2008; опубл. 27.03.2009, Бюл. №9. - 2 с.: 1 ил.

3. Пат. 83669 Российская Федерация, МПК7 H03K 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). №2009103327/22; заявл. 02.02.2009; опубл. 10.06.2009, Бюл. №16. - 2 с.: 1 ил.

Формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй вычислители модуля, перемножитель, суммирующий блок и вычитатель, при этом выходы первого и второго вычислителей модулей соединены соответственно с первым и вторым входами суммирующего блока, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами перемножителя, отличающийся тем, что в него введен сумматор, при этом первые входы вычитателя и сумматора соединены с первым входом формирователя сигнала треугольной формы, второй вход которого соединен с вторыми входами вычитателя и сумматора, входы первого и второго вычислителей модулей подключены к выходам соответственно вычитателя и сумматора, причем третий вход суммирующего блока соединен с выходом перемножителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике для блоков развертки, аналого-цифровых преобразователей, широтно-импульсных модуляторов, устройств управляемой задержки.

Изобретение относится к области приборостроения и автоматики для формирования напряжений пилообразной формы блоков развертки, аналого-цифровых преобразователей, широтно-импульсных модуляторов, устройств управляемой задержки.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в генераторах формирования сигналов специальной формы. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве преобразователя тока полярного токозадающего элемента в частоту импульсов. .

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в системах связи с частотно-манипулированными сигналами. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например , в качестве задающего генератора в системах управления мощных тиристорных преобразователей.
Наверх