Функциональный генератор

 

Сеез.Советск@к

Сеарюектичквнх

Ркеубаищ

ОПИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ТВУ

tn)822214 (61) Догтолиительнае Ic авт. свид-еу (51)М. Кл. (22) Заявлено 180679 (21) 2784315/18-24 с ирисоледглиеиием заявки Ht (23) приоритет

G 06 С 7/26

Гееуямретвеммый маммтет

СССР яа аелаю мзебретеммЯ м етмрытмй

Опубликовано 1 504 8 1 Ькмлататль 1 4

Дата опубликования описагеия 150481

ЖИД)(681. з з5 (088.8) (72) Авторы иэобратвэФия

В.Г.Алешин, Л.A.Âåëîâ, Л.Р.Ноткин, AN. Томский и В.H.Øàðàïèíñêèé (71) Заявитель (54 ) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЯ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к измерительной и аналоговой вычислительной технике.

Известен функциональный генератор,> содержащий интегратор, инвертор, диодный ключ, релейный элемент и синусиый функциональный преобразователь (1) .

Недостатком этого генератора является отсутствие возможности внешней 1О синхронизации частоты.

Наиболее блиэкигл н предлагаемому является функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента и формирователя пилообразного сигнала и является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы кото--1, ЗО рого соединены с выходами блока yriравления частотой, выход — со входом интегратора, а управляющий вход— с выходом релейного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения час.тоты двух сигналов, потенцяометр установки частоты, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала, а подвижный контакт - со свЬбодным выводом первого входного резистора, свободный вывод второго входного резистора является входом частотной модуляции функционального генератора, первый вход блока сравнения частоты .соединен с выходом синусного функционального преобразователя, а второй вход является входом внешней синхронизации функционального генератора 2).

Недостатком такого генератора яв- ляется ограниченная область применения, обусловленная отсутствием возможности реализации режимов линейной частотной модуляции беэ применения дополнительного оборудования.

Цель изобретения расширение области применения за счет реализации

822214 различных режимов синхронизации и модуляции частоты.

Эта цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий синус„" ый функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента и формирователя пилообразного сигнала и. является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами блока управления частотой, выход - со входом интегратора, а управляющий вход — с выходом релей10

20 ного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты, иеподвйжные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала, а подвижный контакт - со свободным выводом первого входного резистора, свободный вы° вод второго входного резистора является входом частотной модуляции функционального генератора, дополнительно содержит четвертый входной 35 резистор, включатели синхронизации и модуляции, счетверенный переключатель режимов работы, генератор опорных импульсов, декадный делитель частоти, делитель частоты, модуляцион- 49 ный генератор, управляемый кодом делитель частоты, счетчик и кодовый переключатель, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, соединенного разрядными выхода- 5 ми с управляющими входами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соединен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выход модуляционного генератора через включатель модуляции и четвертый входной резистор соединен со входом блока управления частотой, подвижные контакты первой, второй, третьей и четвертой групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены соответственно с первым входом блока сравнения частоты двух сигналов, с выходом управляемого делителя часто- що ты, со вторым входом блока сравнения частоты двух сигналов и со входом запуска модуляционного генератора, первый неподвижный контакт первой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключен ко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединен со входом счетчика, первый неподвижный контакт третьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы asляется входом внешней синхронизации функционального генератора, а второй и третий неподвижные контакты соедине. ны между собой и подключены к вйходу декадного делителя частоты и входу делителя частоты, третий и четвертый неподвижные контакты четвертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены с выходом делителя частоты, а пятый неподвижный контакт является входом внешнего запуска модуляционного генератора,функционального генератора, выход генератора опорных импульсов соединен со входом декадного делителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора, вход управления переключением коэффициента деления декадного делителя частоты и вход управления переключением скорости развертки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапаэона функционального генератора.

На фиг.1 приведена блок-схема функционального генератора;на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Функциональный генератор содержит интегратор 1, формирователь 2 пилообразного сигнала, релейный элемент

3, блок 4 управления частотой, электронный переключатель 5, синусный функциональный преобразователь 6, первый, второй, третий и четвертый входные резисторы 7-10, счетверенный переключатель 11 режимов работы с четырьмя группами контактов (11, 11Z, 11 и

114), кодовый переключатель 12, управляемый делитель 13 частоты, счетчик 14, блок 15 сравнения частоты двух сигналов, генератор 16 опорных импульсов, декадный делитель 17 частоты, делитель 18 частоты, включатели 19 синхронизации и 20 модуляции, модуляционный генератор 21, потенциометр 22 установки частоты.

Функциональный генератор работает следующим образом.

Генератор обеспечивает следующие режимы работы, отличающиеся Способами модуляции и синхронизации частоты выходных колебаний, В первом режиме включатели 19 и

20 разомкнуты, вследствие чего синхронизация и внутренняя модуляция функ-, Ф"

822214 ционального генератора не осу.;ествляются, а на его выходе вырабатываются сигналы синусоидальной, треугольной, пилообразной и прямоугольной форьи.

Во втором режиме замыкается включатель 19 синхронизации, подвижные контакты 11 переключателя режима работы устанавливаются на первые неподвижные контакты, а на вход внешней сйнхронизации подается стабильный по частоте сигнал в виде последовательности нмпль8ов; При этом на первый вход блока 15 поступает прямоугольный сигнал релейного элемента 3 с частотой fo, а на второй вход - снгйал внешней синхронизации с частотой

fcwx В блоке 15 образуется сигнал йостоянного тока, пропорциональный разности частот f > - f, где

1 „,р.- частота синхр низирумщего сигнала, а fp — частота выходного 20 сигнала функционального генератора.

Этот сигнал поступает через включатель 19 и входной резистор 9 яа управляющий вход блока 4, куда, кроме того, через входные резисторы 7 под- 25 . ключен движок потенциометра 22 установки частоты.

В результате суммирования. напряжений постоянного тока от блока 15 и от потенциометра 22 установки частоты З< на выходах функционального генератора устанавливается частота

fr fo +df сен р (1) где А Г - абсолютная величина расстройкн частоты.

B результате выходные сигналы функционального генератора имеют частоту, стабилизированную внешним генератором. Функциональный генератор работает таким образом как при внешней, так н прн внутренней синхрониза- 40 ции частоты.

В третьем режиме также замкнут только включатель 19, а подвижные контакты переключателя 11 режима работы устанавливаются на вторые неподвижные 45 контакты. На первый вход, лона 15 подается сигнал управляемого делителя

13 частоты, частота которого понижена по сравнения с частотой сигнала релейного элемента 3 настолько, что- щ бы можно было синхронизировать частоту функционального генератора иа любой из оцифрованных точен его частотной шкалы (1, 2, 3...10), установка требуемого коэффициента деления в управляемом делителе 13 частоты производится с помощьв кодового переключателя 12. На второй вход блока 1; подается последовательность импульсов, частота следования которых определяется частотой следования 40 импульсов генератора 16 и коэффициентом деления декадного делителя 17 °

Синхронизация между переключением.. постоянных времени интегратора 1 и переключением коэффициента делейия Ы декадного делителя 17 обеспечивает переход на каждый новый частотный поддиапазон равные (с учетом расстройки) частоты на входах блока 15.

В четвертом режиме работа пред -.лагаемого функционального генератора осуществляется также, как и в первом режиме, но на вход частотной модуляции подан внешний сигнал модулирующий по частоте выходные сигналы функционального генератора. Параметры модуляции (закон и скорость качания частоты, девиация, перекрытие по частоте) определяются параметравм внешнего сигнала.

В пятом режиме замыкаются вклвчатели 19 и 20. Подвижные контакты переключателя 11 устанавливаются на третьи неподвижные контакты, На пер- вый вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода управляемого делителя 13 частоты. Дели- . тель 13 частоты управляется выходным кодом счетчика 14, начальное состояние которых устанавливается ко-. довым переключателем 12. Выход управляемого делителя 13 частоты непосредственно связан со входом счетчика 14.

О

На второй вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода декадного делителя 17 частоты. Тот же сигнал поступает на вход делителя 18 частоты, что позволяет установить требуемую низкую частоту следования импульсов, которыми запускается через модуляционный генератор 21, работающий в ждущем режиме.

Рассмотрим режим генерирования когерентного линейно-частотно-модулированного сигнала (ЛЧИ).

Для получения высокой линейности закона ЛЧМ этого сигнала используется внутренняя импульсно-фаэовая синхронизация с помошьв генератора 16 опорных импульсов.

Принцип автоматической подстройки линейности заключается в следующем.

Выходное частотно-модулированное напряжение функционального генератора является периодической функцией фазы, поэтому оно может быть записано в виде

a(t) Fg4 (t)g. (2)

В случае линейной частотной модуляции фаза Ф(в) изменяется по закону Р ф(t) P — Е(), (3) где P - заданная скорость астотной модуляции, 6 (t) -отклонение по фазе от заданного квадратичного закона.

Измерение ссаибки S (t) производится с помощьв блока 15 в моменты

1 К времени < * j где к=1,2,3... сммю р номер выборки; f „„„ — частота повторения опорных импульсов, поступающих на блок 15..

822214

В моменты выборки напряжение функционального генератора имеет вид

П Ь РР(" Ь,— „" йЬ1). И> еслн выбРать! „„„ . Д 4то клена ь вЂ,т—

1 кратен 29, и, в силу периодичности F (Ф), имеем t0

) =F(8, („)1

Считая ошибку 5(t ) настолько малой, что в последовательные моменты выбор-: ки рабочая точка не выходит за пределы линейного участка фазовой харак- 15 теристики блока 15 с крутизной S можно выразить. напряжение выборки на. выходе блока 15 через ошибку 8 (g следующим образом:

E(t )-6(t<). S (6) щ

Таким образом, выходное напряжение блока 15 пропорционально отклонению от заданного закона линейной частотной модуляции.

Частота Функционального генератора,2 как известно, равна а р(о (7) (,Д ec

dt

В моменты 1к, соответствующие номеру выборки к, частота 30 >,- p И ) к (8) синлр где 6 (t) ЗЬ(СЦсН. - ошибка по частоте.

ПОСКОЛЬКУ ВЫбРаНа 4 „ в- фт4т то вместо (8) можно заййсать:

4 к " синлр " Ф.

Для определения частоты 1„,„„р необходимо положить в (9)Е(t)=0 и K=1.

Тогда значение Г „„„надо выбрать равным половине нижйей: частоты поддиапазона частот fq, т.е. (eo)

В пятом режиме коэффициент деления частоты в управляемом делителе 13 частоты автоматически изменяется так, чтобы частота f на первом входе блока 15 оставалась неизменной в пределах выбранного поддиапазона частот функционального генератора. 3а время между соседними (К-1)- и и К-ой выборками фаза сигнала u() изменяется на К вЂ (К-1) -2К-1 периодов. Каждый из импульсов с выхода делителя 13 55 поступает на счетчик 14 и изменяет на две единицы код числа, записанного в нем, что приводит к требуемому изменению коэффициента деления частоты в делителе. 13 . На фиг.2 показаны нап- щ ряжения. на выходах интегратора 1(с ) и управляемого делителя частоты 13(6 ), на втором входе блока 15(6), а также напряжения ошибки на выходе блока

15(г) и выходное напряжение модуляционного генератора 21 (p) В качестве примера показана работа при 4-х .точках перестройки и начальной частоте, равной нижней частоте поддиапаэона.

В пятом режиме функциональный генератор работает следующим образом.

Начальная частота устанавливается цифровым кодом в счетчике 14 так,чтобы в паузах между повторяющимися циклами модуляции происходила синхронизация начальной частоты точно. так же, как и в третьем режиме; На вход блока 4 через резистор 10 поступает пилообразное напряжение с выхода модуляционного генератора 21 (эпюра "д" на фиг.2). Запуск генератора 21 осуществляется выходными импульсами делителя 18 частоты с частотой более низкой, чем частота работы блока 15. На вход делителя 18 частоты поступают импульсы с выхода декадного делителя 17 частоты, который снижает частоту следования импульсов генератора 16 в число раз, соответствующее выбранному поддиапаэону частот. На вход блока 4 через резистор 9 поступает с выхода блока 15 напряжение ошибки, благодаря чему происходит импульсно-фазовая синхронизация скорости линейной частотной модуляции выходного сигнала функционального генератора.

При коэффициенте нелинейности модулирующего сигнала К =1-2% и таком

И же коэффициенте нелинейности управляющей характеристики функционального генератора коэффициент нелинейности закона ЧМ выходного сигнала состав-". ляет 0,01-0,1%.

Для переключения частотных поддиапазонов в пятом режиме синхронно изменяются постоянная времени интегратора 1, коэффициент деления декадно.ного делителя 17 частоты и скорость развертки модуляционного генератора

21.

В шестом режиме включатель 20 остается замкнутым, а включатель 19 разлыкается. Подвижные контакты 11 переключателя устанавливаются на четвертые неподвижные контакты.При этом синхронизация функционального генера.тора ие осуществляется. Выходной сигнал декадного делителя 17 частоты посту пает на вход делителя 18 частоты, где частота следования импульсов понижается до требуемой, после чего эти импульсы запускают модуляционный генератор 21, выдающий линейно изменяющееся напряжение, поступающее через входной. резистор 10 и включатель 20 на вход блока 4 управления частотой.

В седьмом режиме включатель 20 замкнут, а включатель 19 разомкнут.

Подвижные контакты переключателя 11 устанавливаются на пятые неподвижные контакты. Аналогично предыдущему ре822214 жиму синхронизация функционального генератора не осуществляется. Запуск модуляционного генератора 21 осуществляется сигналом, подаваемым на вход внешнего запуска модуляционного генератора. Особенность рассматриваемого режима состоит в том, что,если основной функциональный генератор имеет режим запуска и стробирования, то, подавая импульс запуска одновременно на основной функциональный генератор и на вход внешнего запуска модуляционного генератора, можно получить комбинированный режим стробирования-свипирования. Это означает, что начало свипирования будет точно совпадают с началом "пачки" колебаний 15 (или импульсов ). Это важно для решения измерительных задач в радиоприемной; телевизионной и импульсной технике °

Таким образом, предлагаелый функциональный генератор имеет следую- 39 щие режимы работы:нормальный (беэ синхронизации и модуляции частоты); с внешней синхронизацией частоты, с внутренней синхронизацией частоты, с внешней частотной модуляцией, с внутренней синхронизацией частоты и с внутренней линейной ЧМ (режим когерентной ЛЧМ); с внутренней линейной

ЧМ, с внутренней линейной ЧМ при внешнем запуске модуляционного генератора.

Это существенно повышает универсальность и расширяет область применения предлагаемого функционального генератора по сравнению с известным, имеющим только три режима работы(1, 2 и 4}, так как исключает необходимость применения дополнительных дорогостоящих приборов (генераторов с . диапаэонно-кварцевой стабилизацией частоты, генераторов качающейся частоты, синхронометров, декадных делите- 40 лей частоты и др.) .

Формула изобретения

Функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусондального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента, формирователя пилообразного сигнала и является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу 60 которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы которого соецинены с выходами блока управления Я частотой, выход — со входом интегра. тора, а управляющий вход - с выходом релейного элемента и управляю.щим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала,а подвижный контакт - со свободным выводом первого входного резистора, свободный вывод второго входного резистора является входомчастотной модуляции функционального генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации различных режимов синхронизации и модуляции частоты, он содержит четвертый входной резистор, включатели синхронизации и модуляции, счетверенны9 переключатель режимов работы, генератор опорных импульсов, декадный делитель частоты, делитель частоты, модуляционный генератор, управляемый кодом делитель частоты, счетчик и кодовый переключатель, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, соединенного разрядными выходами с управляющими входами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соединен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выход модуляционного генератора через включатель модуляции и четвертый входной резистор соединен со входом блока управления частотой, подвижные контак. ты первой, второй, третьей и четвертой групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены соответственно с первым входом блока сравнения частоты двух сигналов., с.выходом управляемого делителя частоты, со вторым входом блока сравнения частоты двух сигналов и со входом запуска модуляционного генератора, первый неподвижный контакт первой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключен ко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединен со входом счетчика, первый неподвижный Koнтакт третьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы является входом внешней синхронизации функционального генератора, а второй и третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу декадного делителя частоты и входу делителя частоты, третий и четвертый неподвижные контакты чет11

822214

12 вертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены с выходом делителя частоты, а пятый неподвижный контакт является входом вквшнего эапуска модуляционного генератора, функционального генератора, выход генератора опорных импульсов соединен со входом декадного делителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора, вход управления переключением коэффициента деления де- кадного делителя частоты и вход управ- ления переключением скорости раэвертки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапаэона функционального генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Корн Г. и Кори Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычисли" тельные машины. T. 2, N., "мир", 1968, с.20, фиг.9.13а.

2; Авторское свидетельство СССР

9 580561, кл. G 06 G 7/26, 1977 (прототип).

822214 ) I! l !

) !

Составитель Н. Балабино

Редактор М.Петрова ТвхредЖ.Кастелевич КорректорЮ.Макаренко

ЮЮ ЮЮ ФВ Ю

° ЮЮ

Заказ 1858/76 Тирам 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Рауаская наб., д.4/5

ЮЮЮЮ е вюеавмю

Филиал ППП "Патент", г.уагород, ул.Проекгнаи,4