Генератор сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б 1) Дополнительное.к авт. сеид-ву(22) Заявлено 070679 {21) 2780563/l 8-2l с присоединением заявки ¹t (23) Г)риоритетОпубликовано 15.0481. Бюллетень No 14

Союз Советскнк

Соцнааистических

Республик

oi) 822373

/ (53)М. Кл.з

Н 03 К 2l/00

Государственный «ммитет

ССС P ао делам изобретений и от«рвтий (53) УДК 621. 374 (088. 8) Дата опубликования описания 15043l (72) Авторы изобретения

В.A Ìîêðèöêèé и A Ã.Äîðoø

;"j (31. .зg ивлиоуя,.;;, (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ преобразователя ° частоты. Раэностная частота (биения частот задающего И вспомогательного генераторов) на выходе преобразователя частоты выделя" ется с помощью фильтра нижних частот и усиливается усилителем (2).

Основным недостатком известного генератора сигналов на биениях является повышенная нестабильность часР тоты выходного напряжения.

Трудность обеспечения стабильности частоты выходных колебаний в основном и ограничивает применение генераторов сигналов на бйениях в диапазоне низких и инфраниэких частот.

Другой недостаток известного генератора сигналов на биениях заключается в невысокой стабильности амплитуды получаемого выходного напряжения:, проявляющийся в основном вследствие низкой температурной и временной стабильности применяемых в смесителе нелинейных элементов, а также непостоянства амплитуд выходных напряжений задающего и вспомогательного генераторов.

Недостатком этого генератора следует также считать сравнительно большое время установлегия параметров выходных колебаний (амплитулы, Изобретение .относится к электроизмерительной технике, преимущественно к генерированию сигналов низкой и инфраниэкой частоты, и может быть использовано в приборостроении при создании генераторов сигналов в диапазоне.низких и инфраниэких частот.

Известны различные схемы построения генераторов сигналов, основанные на преобразовании частоты и выделе- 10 нии биений flj.

Однако такие генераторы обладают недостаточной стабильностью частоты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 35 генератор сигналов, структурная схема которого содержит задающий генератор, вспомогательный генератор, преобразователь частоты (нелинейный смеситель), фильтр нижних частот и 20 усилитель (в приведенном примере усилитель в дополнение к основным своим функциям усиления сигнала выполняет функции выделения разностной частоты, в связи с чем фильтр 25 нижних частот отсутствует).В таком генераторе сигналов выходные напряжения задающего и вспомогательного генераторов подаются соответственно на сигнальный и управляющий входы 30

822373

65 фазы и частоты) при включении и перестройке частоты генератора. Причиной этого является постоянная времени фильтра нижних частот, применяемого на выходе смесителя, величина которой обычно значительно превосходит величину периода преобразуемого напряжения. Цель изобретения — повышение стабильности частоты и амплитуды выходного напряжения генератора сигналов, а также сокращение времени его установления.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор сигналов, содержащий задающий генератор, подклю- ченный к сигнальному входу преобразователя частоты, выход которого соединен через фильтр нижних частот с входом усилителя, введены одновибратор.и устройство запуска, включающее в себя два нуль-органа, два триггера, интегратор, инвертор, электронный переключатель, пять формирователей коротких импульсов, шесть элементов И, два элемента НЕ и элемент

ИЛИ, при этом вход оцновибратора соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен через последовательное соединение первого элемента НЕ и первого формирователя коротких импульсов к первым входам первого и второго элементов И, а также непосредственно к управляющим входам преобразователя частоты и интегратора, который своим сигнальным входом связан с выходом электронного переключателя, первый и второй сигнальные входы которого соединены соответственно с выходом инвертора g его входом, подключенным к шине постоянного напряжения; управляющий же вход электронного переключателя соединен через второй формирователь коротких импульсов с первым входом третьего элемента И, а также непосредственно с вторым входом первого элемента И и первым выходом первого триггера, второй выход которого связан непосредственно с вторым входом второго элемента И и через третий формирователь коротких импульсов с первым входом четвертого элемента И, а счетный вход подключен к выходу первого нульоргана, который своим входом связан с выходом задающего генератора; выходы первого и второго элементов И соединены попарно с первым и вторым входами второго триггера, соответствующие выходы которого попарно соединены с первыми входами пятого и шес того элементов И, которые своими выходами подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого связаны с выходами соответственно третьего и чет-. вертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно через четвертый и пятый формирователи коротких импульсов с вторыми входами пятого и шестого элементов И, кроме того, второй вход третьего элемента

И связан непосредственно с входом второго элемента НЕ и с выходом вто5 рого. нуль-органа вход которого .подI ключен к выходу интегратора, а второй вход четвертого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого генератора сигналов.

Генератор сигналов содержит задающий генератор 1, преобразователь 2 частоты, фильтр 3 нижних частот, усилитель 4, одновибратор 5, устройство 6 запуска, включающее в себя нульорган 7, триггер 8 со счетным входом, электронный переключатель 9, инвертор 10, интегратор 11, нуль-орган

12, элементы НЕ 13 и 14, формирова20 тель 15 коротких импульсов, элементы И 16 и 17., триггер 18 с раздельным запуском, формирователи 19-22 коротких импульсов, элементы И 23-26 и элемент ИЛИ 27. 5 Выход задающего генеРатоРа 1 связан с сигнальным входом преобразо- вателя 2 частоты, который своим выходом через фильтр 3 нижних частот подключен к входу .усилителя 4. Управляющий вход преобразователя 2 частоты соединен с выходом одновибратора 5, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 27 устройства 6 запуска. Кроме этого,к выходу одновибратора 5 подключены управляющий вход интегратора 11 и вход элемента

НЕ 14, выход которого через формирователь 15.коротких импульсов соединен с первыми входами элементов И 16 и 1).

40 Вход нуль-органа 7 подключен к выходу задающего генератора 1, а выход — к счетному входу триггера 8.

Первый выход указанного триггера 8 связан непосредственно с управляющим

45 входом электронного переключателя 9 и вторым входом элемента И 16, а также через формирователь 19 коротких импульсов с первым входом элемента

И 2 3, а второй †. непосредственно с вторым входом элемента И 17, а также .через формирователь 20 коротких импульсов с первым входом элемента

И 24.Первый и второй сигнальные входы электронного переключателя 9 соединены соответственно с входом и выходом инвертора 10.Кроме этого, вход инвертора 10 подключен к источнику постоянного напряжения Uz, Выход же электронного переключателя 9 подключен к сигнальному входу интегратора

gp 11, который своим выходом соединен с входом нуль-органа 12. Выход нульоргана 12 соединен непосредственно с вторым входом элемента .И 23; через формирователь 21 коротких импульсовс первым входом элемента И 25 и че822373 реэ элемент НЕ 13 с вторым входом элемента И 24 и входом формирователя

22 коротких импульсов, выход кото- рого подключен к первому входу элемента И .26. Вторые входы элементов

И 25 и 26 подключены соответственно к первому и второму выходам триггера 18, соответствующие входы. котороro соединены попарно с выходами элементов И 16 и 17 ° Выходы элементов

И 23-26 соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 27.

Генератор сигналов работает следующим обра4ом.

Генерируемое задающим генератором

1 напряжение, частота которого обычно выбирается на несколько порядков выше желаемой частоты генератора, сигналов, подается одновременно на сигнальный вход преобразователя 2 частоты и вход нуль-органа 7 устройства б запуска. На управляющий вход преобразователя 2 частоты подаются короткие импульсы с выхода одновибратора 5. С исчезновением импульса одновибратора 5 преобразователь 2 частоты переходит в режим хранения, и до прихода следующего импульса одновибратора на его выходе сохраняется уровень напряжения, соответствующий мгновенному значению. входного напряжения в момент окончания импульса одновибратора 5. Для запуска одновибратора 5 используются запускающие импульсы, формируемые устройством б запуска. Их длительность выбирается значительно меньше длительности импульсов одновибратора. С этой целью в устройстве б запуска используются идентичные формирователи 15, 19,20, 21 и 22 коротких импульсов, которые формируют короткие импульсы положительной полярности в моменты изменения на входах состояний с 0 в 1 .

С помощью нуль-органа 7 и триггера 8 со .счетным входом из выходного напряжения задающего генератора 1 формируются две противофазные последовательности импульсов типа меандр с частотой повтор.ения, равной половине частоты задающего генератора 1. Указанные импульсы, снимаемые с противофазных выходов триггера 8, используются для управления работой электронного переключателя 9, элементов И 16 и И 17, а также в определенные моменты времени из их фронтов с помощью формирователей 19 и

20 коротких импульсов и элементов .И 23, 24 могут формироваться запускающие импульсы одновибратора 5. В подавляющем большинстве случаев формирование запускающих импульсов одновибратора происходит из фронтов нуль-органа 12 с помощью формирователей 21 и 22 коротких импульсов к элементам И 25, 26.

Под воздействием выходных импульсов триггера 8 электронный переключатель 9 подключает сигнальный вход интегратора 11 поочередно то к входу (состояние 0 на первом выходе триггера 8), то к выходу (состояние 1 на первом выходе триггера 8) инвертора 10. Вследствие этого во время паузы между импульсами одновибратора 5 выходное напряжение интегратора 11 изменяется по линейному закону в сторону плюса, если о к его сигнальному входу подключен выход инвертора 10, и в сторону мину.

1 са, если подключен вход инвертора

10. Во время действия импульса одновибратора 5 разрядный ключ интегратора открыт и его выходное напряже15 ние равно нулю. При оптимальном выборе постоянной времени интегратора

11 последний работает на линейном участке (без ограничения) и уровень его выходного напряжения достаточный для срабатывания нуль-органа 12.

Триггер 18 используется в качестве элемента памяти, который запоминает состояние триггера 8, а значит, и направление изменения выходного напряжения интегратора 11 в момент окончания импульса одновибратора 5.

Этим обеспечивается формирование запускающих. импульсов из выходного напряжения нуль-органа 12 при том же направлении изменения напряжения ин30 тегратора 11, которое он имел в момент окончания предыдущего импульса одновибратора 5. Установка триггера

18 в состояние, соответствующее состоянию триггера 8 и момент окончания

35 импульса одновибратора 5, осуществляется по следующей цепи: выход одновибратора 5 — последовательное соединение элемента НЕ 14 и формирователя 15 коротких импульсов — первый вход одного из элементов И 16 или 17 (тот, в котором на втором входе имеется 1 ) . При этом, если первый выход триггера 18 принимает состояние 1, то формируется пачка запускающих импульсов из.передних фрон45 тов выходного напряжения нуль-с >гана

12 с помощью формирователя 21 коротких импульсов и элемента И 25. Если же второй выход триггера 18 находится в состоянии 1, то пачка запускаю50 щих импульсов формируется из задних фронтов этого напряжения с помощью элемента НЕ 13, формирователя 22 коротких импульсов и элемента И 26.

Неопределенность в установке триггера 18; которая имеет место, когда задний фронт импульса одновибратора

5 совпадает с фронтом выходного импульса триггера 8, не нарушает нормальной работы устройства б запуска, поскольку следующий импульс запуска одновибратора формируется непосредственно из фронта импульса триггера 8 одним из формирователей 19 или 20 коротких импульсов и соответствующим элементом И 23 или 24 (тем, у котороо по ВТороМу входу имеется разреша822373 ющий потенциал 1 от нуль-.органа

12) .

Для рассматриваемого случая в момент включения генератора сигналов триггер 8 по первому выходу находится в состоянии 1, а триггер 18 по первому выходу - в состоянии 0 ° Напряжения на выходах преобразователя 2 частоты и интегратора

11 равны нулю. На время существования положительного потенциала на первом выходе триггера 8 электронный переключатель 9 подключает сигнальный вход интегратора 11 к выходу ийвертора 10 ° Выходное напряжение интегратора 11 линейно нарастает, нуль-орган 12 находится в состоянии 1 . В момент изменения состояния первого выхода триггера 8 из 1 в 0 электронный переключатель 9 подключает к сигнальному входу интегратора вход инвертора 10, при 20 этом напряжение интегратора ll линейно падает. При прохождении выходным напряжением интегратора 11 нулевого уровня нуль-орган 12 переходит в состояние 0 . В этот момент иэ заднего фронта напряжения нуль-органа 12 с помощью элемента

НЕ 13 и формирователя 22 коротких импульсов формируется первый запускающий импульс, который проходит через открытый по второму входу элемент И 26 и элемент ИЛИ 27 на вход одновибратора 5. До появления первого запускающего импульса элементы

И 24, 25 заперты нулевыми потенциалами соответственно с выхода элемента HE 13 и первого выхода триггера

18. Элемент И 23 открыт по второму входу, однако в этот промежуток времени на его первый вход короткие импульсы не поступают. Под воздейст- 40 вием первого импульса запуска И 26 появляется первый импульс одновибратора 5, который открывает ключ преобразователя 2 частоты. Выходное напряжение преобразователя 2 частоты 45 следит за входным. В,зто же время импульсом одновибратора по. управляющему входу интегратор 11 удерживается в разряженном состоянии. С окончанием импульса одновибратора 5 на выходе преобразователя 2 частоты действует напряжение,соотвьгствующее мгновенному значению входного в момент окончания импульса одновибратора. Так как задний фронт первого .импульса одновибратора совпадает по времени с фронтом выходного импульса триггера 8., то триггер 18 может принять любое состояние. В то.же время в течение всей паузы после пер вого импульса одновибратора нуль-ор- 4р ган 12 находится в состоянии 1, в результате чего по второму входу элемент И 23 открыт, т.е. имеется разрешение на прохождение второго запускающего импульса, сформированного формирователем 19 коротких импульсов из переднего фронта напряжения триггера 8. Пройдя через элемент

ИЛИ 27,этот запускающий импульс вторично запускает одновибратор 5.Под воздействием второго импульса одновибратора в преобразователе 2 запоминается новое значение напряжения.

В момент появления заднего фронта импульса одновибратора триггер 18 по первому выходу устанавливается в состояние 1, обеспечивая разрешение на прохождение через элемент

И 25 третьего, четвертого и пятого запускающих импульсов, формируемых формирователем 21 коротких импульсов иэ переднего фронта выходного напряжения нуль-органа 12. Через элементы И 23, 24, 25 на этом интервале запускающие импульсы не проходят.

В паузе между пятым и шестым импульсом одновибратора 5 напряжение на выходе интегратора ll имеет отрицательную полярность, поэтому нульорган 12 находится в состоянии 0 .

Нулевой потенциал на выходе нуль-органа 12 обеспечивает разрешение на прохождение через элемент И 24 шестого запускающего импульса от формирователя 20 коротких импульсов,совпадающего с задним фронтом напряжения триггера 8. Шестой импульс одновибратора устанавливает своим задним фронтом первый выход триггера 18 в состояние. 0 (если такое не было установлено предыдущим импульсом одновибратора).. Новое состояние триггера 18 обеспечивает воэможность прохождения через элемент И 26 седь мого, восьмого и девятого запускающих импульсов, формируемых формирователем 22 из задних фронтов нульоргана 12.

C появлением девятого запускающего импульса первый цикл работЫ устройства б запуска заканчивается.

В следующих циклах формирование запускающих импульсов происходит аналогичным образом.

Во время существования импульсов одновибратора, особенно в моменты появления из задних фронтов, на выходах открытых элементов И 23;2б возможно появление паразитных запускающих импульсов, вызванных неустойчивостью состояния нуль-органа 12.

Последнее обуславливается нулевым вы ходным напряжением интегратора 11 °

Однако такие паразитные импульсы не приводят к повторному запуску одновибратора, поскольку в последнем не закончены восстановительные процессы.

Таким образом, периодичность следова ния импульсов одновибратора не нарушается.

3а один цикл работы устройства 6 запуска на выходе преобразователя 2 частоты формируются два периода напряжения. В приведенном примере дли822373 тель ность импульса одновибратора 5 составляет четверть периода задающего генератора 1,,Нестабильность выходной частоты не возрастает с увеличением отношения частот, что наблюдается в генераторах сигналов с применением вспо5 могательного генератора. Это позволяет в значительной степени расширить частотный диапазон генерируемых напряжений,в сторону инфраниэких частот. !

О

Другим важным преимуществом предлагаемого генератора сигналов по сравнению с известным является более высокая стабильность амплитуды генерируемых напряжений, поскольку исключен из схемы вспомогательный генератор, нестабильность амплитуды которого сказывается на нестабильности амплитуды выходного напряжения.

Кроме того, в .предлагаемом гене- 2О раторе сигналов возможно применение более быстродействующего фильтра нижних частот или даже его исключение из схемы, обусловленное значительным подавлением паразитных комбинационных частот в самом преобразователе частоты — аналоговом запоминающем устройстве. Это позволяет повысить быстродействие генератора сигналов, т.е. сократить время устайовления его выходных параметров

30 при включении и перестройке частоты.

Формула изобретения

Генератор сигналов, содержащий задающий генератор, подключенный к сигнальному входу преобразователя частоты, выход которого соединен через фильтр нижних частот с входом 4О усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и амплитуды выходного напряжения, а также сокращения времени его установления, в иего введены одновибратор и устройство запуска, включающее в себя два нуль-органа, два триггера, интегратор, инвертор, электронный переключатель, пять формирователей коротких импульсов, шесть элементов И, два элемента.НЕ и элемент ИДИ, при этом вход одновибратора соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен через последовательное соединение первого элемента HE и первого формирователя ! коротких импульсов к первым входам первого и второго элементов И, а также непосредственно к управляющим входам преобразователя частоты и интегратора, который своим сигнальным входом связан с выходом электронного переключателя, первый и второй сигнальные входы которого соединены соответственно с выходом инвертора и его входом, подключенным к шине постоянного напряжениями управляющий же вход электронного переключателя соединен через второй формирователь. коротких импульсов с первым входом третьего элемента И, а также непо- средственно с вторым входом первого элемента.И и первым выходом первого триггера, второй выход которого соединен непосредственно с вторым входом второго элемента И и через третий формирователь коротких импульсов с первым входом четвертого элемента И, а счетный вход подключен к выходу первого нуль-органа, который своим входом соединен с выходом задающего генератора; выхо" ды первого и второго элементов И соединены попарно с первым и вторым входами второго триггера, соответст. вующие выходы которого попарно соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, которые своими выходами подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого связаны с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно через четвертый и пятый формирователи коротких импульсов с вторыми входами пятого и шестого элементов И, кроме того, второй вход третьего элемента И соединен непосредственно с входом второго элемента НЕ и с выходом второго нуль-органа, вход которого подключен к выхЬду интегратора, второй вход четвертого элемен" та И соединен с выходом второго элемента HE.

Источники информации, принятйе во внимание при экспертизе

1. Валитов e.A. и др. Генераторы .стимулирующих сигналов для автоматических систем контроля. М., Энергия, 1972, с.55.

2. Барсуков Ф.И. Генерирование и селекция сигналов низкой частоты

М., Энергия, 1968, с.78.

Вгг3 3

Составитель Л.Колосков

Редактор С.Тимохина ТЕхред Н.Бабурка Корректор С.Шекмар

Заказ 1894/84 Тираж 988 Подписное

ВццдПи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

°

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4