Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБВЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Советскин

Соцкалистнческик

Республик

«i)881966 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 26.03.80 (21) 2904776/18-09 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) M. Кд.

Н 03 В 5/00

1Ънударстэенньн1 кеюнтет

СССР нo делам нзабретеннй н отнрытнй

Опубликовано 15.11.81. Бюллетень № 42 (53) УДК 621.373, .42 (088.8) Дата опубликования описания 15.11.81 (72) Авторы изобретения

М. Я. Минц, В. Н. Чинков, И. Ю. Кургмтцев и В. И. Анохин (71 ) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНФРАНИЗКОИ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к измерительной технике.

Известен генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные раепределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог (1).

Однако известный генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты имеет большой коэффициент нелинейных искажений.

Цель изобретения — уменьшение коэффициента нелинейных искажений.

Для достижения этой цели в генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазоврашатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, между выходом дискретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно соединенные первый элемент И, первый триггер и элемент

ИЛИ, а между выходом распределителя импульсов и другим входсм элемента ИЛИ в. =-

5 дены последовательно соединенные второй триггер и второй элемент И, другой вход которого подключен к выходу дискретного фазовращателя, а другой выход второго триггера соединен с друтим входом первого элемента И.

На чертеже приведена структурная электрическая схема генератора синусоидальных колебаний инфранизкой частоты.

Генератор содержит генератор эталонной

15 частоты 1, делитель частоты 2 с переменным коэффициентом деления (ДПКД), дйскретньп. фазовращатель 3, распределитель импульсов 4, реверсивный счетчик 5, преобразователь коданалог 6, первый и второй элементы И 7, 8, 20 первый и второй триггеры 9, 10, элемент

ИЛИ 11.

Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты работает следующим образом, 8819бб с1 с11- д1

=О с1; д 4.,. а,с.1

CoSx JÑ;(С ) (8) (9) (! 2) Суть принципа, положенного в построение предлагаемого генератора, основанного на преобразовании кода в аналог, состоит в том, чтобы узлы аппроксимации формируемой кривой выбрать исходя из минимума коэффициента нелинейных искажений, т.е. минимума среднеквадратичного отклонения формируемой кривой от ее первой гармоники. Для этого рассмотрим функционал вида ср 27 f у(С) 51п

l0

oS. l +ф 1 ($ - 5ln coL) С10(.

| где f (k) — формируемая кривая; — значения формируемой кривой в

I узлах аппроксимации;

Sin 4- — первая гармоника формируемой кривой единичной амплитуды; — количество участков аппроксимации.

Найдем f; из условия минимума функционала Ф

А i+I — = 2 ) (т1 — s i n k3 с1 4. = О.

В результате получим

25 ьiпА, с1с(.= - . 3in х

1 I 2. х 5 п (.с1 + ) Cz) где 5d-1=> +1 — 1 .

В общем виде выражение (2) можно записать следующим образом

3 =А; 5 п(А "Ф;) ® г е 2, Ьс1; Й«„) «1 35 где Д -;и 1 " =1, 1Ь„.=

„= ь ° х r4

В прототипе реализовывалось соотношение ; =Sind- (4) Сравнивая выражения (3) и (4) видим, что 4о для уменьшения коэффициента нелинейных искажений при том же методе аппроксимации (равномерном по уровню) необходимо узлы аппроксимации формируемой кривой сместить на величину с. Однако этот коэффициент не.45

2 линейных искажений не является минимально возможным. Для обеспечения такого минимально возможного коэффициента нелинейных искажений необходимо узлы аппроксимации выбрать оптимальным образом. 50

Найдем оптимальный закон расположения узлов аппроксимации. Для этого вычислим интеграл

1+1

Ь* (f — ь! А.) с14 = *

l2

55 (с точностью до величины второго порядка малости), 4

С учетом выражения (S) функционал (I) приобретает вид ф =1 р со52-.с.;(Л;С;) (б) Принимая во внимание, что Ь 1.; достаточно мало, приходим к интегралу ф /сов,(, 3 с,. (с) о

Минимизируя величину полученного функционала, определим оптимальную функцию

«4 - С() . Эта задача является вариационной и сводится к решению уравнения при граничных условиях С-,=О, M = 2 7I .

Подставим в уравнение (8)

9Ь

3 = 2со с1161и с(1 (с(„) д — 1, -- ЗсО6 Ца 1), 1 4 — — = — Q co 5 cd S l Q csL ((cL j3 - 6 со5 с с1 aL у д@, после соответствующих преобразований получаем

3,1.. .1.," сов2d.i — 2(А,",) coSA; Ь!П 1.;=0 (10) (Умножим выражение (10) íà

Первая часть полученного выражения пред3 ставляет полную производную от cOS A (с;) т.е, — (coos IJ., 1 ) = 0

1 что эквивалентно со52.С. (.С ) или /5

I з где С вЂ” постоянная величина.

Переходим в выражении (12) к приращению *; соь 1ь*„6 cL; = С (1Ъ)

Постоянную С находим из граничных условий.

Умножая обе части уравнения (12) на Ы1 и интегрируя, находим

С 1= ) coS p dp (1 ) о

Полагая в выражении (14) i = n, = 2 К находим постоянную С где à — гамма-функции.

88)966

Поставляя в соотношение (15) значения гамма-функций, имеем

Принцип действия предлагаемого генератора заключается в следующем.

4 4В

С учетом выражения (16) из соотношения (13) получаем формулу для определения оптимальных участков разбиения

9 М8 (П) и с о5 г/з., Эта формула позволяет последовательно найти все узлы аппроксимации формируемой кривой. При этом обеспечивается минимально возможный коэффициент нелинейных искажений. Для подтверждения этого определим среднеквадратичное отклонение формируемых кри. вых для различных методов BnnpoKcHMRlgcH воспользовавшись формулой (7) . значение коэффициента искажений при ollтимальном разбиении получим из формулы (7)

При равномерной аппроксимации по времени А;= — - 2я. < 2:ц ! п

Тогда получим вр У 1 81

К,„= —" йП

При равномерной аппроксимации по уровню Ы gd. = 4, соь- ; oL; =

П

Тогда получим Р (81 /2 1 (;бЪ

Таким образом, оптимальная аппроксимация уменьшает коэффициент нелинейных искажений по сравнению с равномерной аппроксима- цией по уровню íà 5%, а по сравнению с равномерной аппроксимацией по времени на

15%.

Делитель частоты 2 имеет переменный коэффициент деления и служит совместно с триггером 9 для задания выходной частоты генератора, т.е. номинальный коэффициент всего тракта деления равен 2К, где К— коэффициент деления делителя частоты 2, а

2 — коэффициент деления триггера 9. Дискретный фазовращатель 3 предназначен для изменения фазового сдвига формируемой кривой.

Распределитель импульсов 4 обеспечивает формирование выходных импульсов в моменты

<.; определяемые формулой (17), в общем не совпадающими с точками С; в известном генераторе. формируемая кривая на выходе преобразователя код-аналог 6 получает необходимое фазовое смещение согласно выражению (2). Тем самым обеспечивается минимальный коэффициент нелинейных искажений формируемой кривой по отношению к первой гармонике.

Рассмотренный метод уменьшения коэффициента нелинейных искажений может быть использован и в других генераторах синусоидальных колебаний, основанных на преобразовании код-аналог. Тем самым обеспечивается минимально возможное значение коэффициента нелинейных искажений для данного принципа построения генератора, но все же не минимально возможное значение для метода, основанного на преобразовании код-аналог в целом.

В исходном состоянии с выходов триггера

10 на элемент И 8 подан разрешающий, а на элемент И 7 — запрешаюший сигналы, т.е. элемент И 8 чувствителен, а элемент И 7 нечувствителен к входным импульсам, поступающим с дискретного фазовращателя 3. Таким

10 образом, импульсы с генератора эталонной частоты 1 через делитель частоты 2, дискретный фазовращатель 3, элементы И 8 и ИЛИ

?1 поступают на распределитель импульсов 4.

Первый импульс на выходе распределителя

15 импульсов 4 будет сформирован в момент времени, соответствующий начальной фазе

2 так как частота импульсов, поступающих с выхода дискретного фазовращателя 3 на вход распределителя импульсов 4, в два раза больше номинальной, требуемой для формирования интервалов дискретизации Ь =1-; . Этот импульс поступает на единичный вход триггера 10 и меняет его состояние на противоположное.

Тем самым с выходов триггера 0 на - эле мент И 8 подается запрещающий, а на элемент И 7 — разрешающий сигналы и в дальнейшем выходные импульсы дискретного фазовращателя 3 подаются на вход распределителя импульсов 4 через последовательно соединенЗ0 ные элемент И 7, триггер 9 и элемент ИЛИ

11. Частота этих импульсов является номинальной, а следовательно, второй, третий и последюущие выходные импульсы распределителя импульсов 4 сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на Ь, и т.д. а все они смещаются по отношению к началу отсчета "- = 0 на дополнительный угол, равный, т.е. действительный фазовый сдвиг каждого выходного импульса распределителя

40 импульсов 4 по отношению к началу отсчета

" -a=0 составляет 4-+ . Очевидно и вся сЪ "- ч

Формула изобретения

Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовра«нагель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений, между выходом дискретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно соеСоставитель A. За«йцева

Техред M.1 å«««,åñ Корректор Л. Вокшан

Редактор М. Хома

Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9996/84

Филиал ГПЩ"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

881966 в диненные первый элемент И, первый триггер и элемент ИЛИ, а между выходом распределителя импульсов и другим входом элемента

ИЛИ введены последовательно соединенные второй триггер и второй элемент И, другой вход которого подключен к выходу дискретного фазовращателя, а другой выход второго триггера соединен с другим входом первого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР И 292206, кл. Н 03 В 5/00, 06.01.71 (прототип).