[go: up one dir, main page]

RU2582556C1 - Functional quadrature signal generator - Google Patents

Functional quadrature signal generator Download PDF

Info

Publication number
RU2582556C1
RU2582556C1 RU2015101051/08A RU2015101051A RU2582556C1 RU 2582556 C1 RU2582556 C1 RU 2582556C1 RU 2015101051/08 A RU2015101051/08 A RU 2015101051/08A RU 2015101051 A RU2015101051 A RU 2015101051A RU 2582556 C1 RU2582556 C1 RU 2582556C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
multiplier
adder
quadrator
Prior art date
Application number
RU2015101051/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Степанович Дубровин
Алексей Михайлович Зюзин
Original Assignee
Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" filed Critical Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений"
Priority to RU2015101051/08A priority Critical patent/RU2582556C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582556C1 publication Critical patent/RU2582556C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B27/00Generation of oscillations providing a plurality of outputs of the same frequency but differing in phase, other than merely two anti-phase outputs

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electronics.
SUBSTANCE: invention relates to electronics and can be used in measurement techniques and automation. Function generator includes three multipliers (1-3), two integrators (4, 5), three squaring devices (6-8), two adders (9, 10) and a relay element 11, third 12 and fourth 13 adders, second relay element 14, fourth squaring device 15 and fourth multiplier 16.
EFFECT: technical result is broader functional capabilities of device by producing at its outputs quadrature harmonic signals and quadrature signals of bipolar rectangular and triangular shapes with high metrological characteristics when frequency is varied over a wide range.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.The invention relates to the field of electronics and can be used in measuring equipment and automation.

Известно устройство [Шустов М. Функциональный генератор. - Радиомир, 2010, №7, с. 26-27], содержащее источник квадратурных сигналов, два двухполупериодных выпрямителя, сумматор и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены соответственно с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен формирователь биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены соответственно с первым выходом источника квадратурных сигналов, с выходом сумматора и выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.A device is known [Shustov M. Functional generator. - Radiomir, 2010, No. 7, p. 26-27], containing a source of quadrature signals, two half-wave rectifiers, an adder and a shaper of bipolar rectangular pulses, and the first and second outputs of the source of quadrature signals are connected respectively to the inputs of the first and second half-wave rectifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected shaper of bipolar rectangular pulses, while the first, second and third outputs of the functional generator are connected respectively to the first output of the source quadrature signals, with the output of the adder and the output of the shaper of bipolar rectangular pulses.

Синтезированный сигнал треугольной формы имеет S-образные характеристики как на участке прямого хода (линейно нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно спадающее напряжение) и имеет весьма низкую линейность [Лозицкий С. Схемотехнические САПР: возможности и проблемы эффективного использования. Схемотехника, 2007, №3, с. 38-40], что существенно сужает область практического применения схемы. Кроме того, частота сигнала треугольной формы и биполярного сигнала прямоугольной формы вдвое превышает частоту исходного гармонического сигнала, что не позволяет при фиксированной настройке генератора получить одинаковые значения частот на всех выходах генератора. Следует также учитывать, что для формирования «квазилинейного» сигнала треугольной формы требуются квадратурные гармонические сигналы, что в условиях перестройки частоты в широких пределах также вызывает определенные трудности.The synthesized signal of a triangular shape has S-shaped characteristics both in the forward stroke section (linearly increasing voltage) and in the reverse stroke section (linearly decreasing voltage) and has a very low linearity [Lozitsky S. Circuit CAD systems: possibilities and problems of efficient use. Circuitry, 2007, No. 3, p. 38-40], which significantly narrows the scope of the practical application of the scheme. In addition, the frequency of a triangular waveform and a rectangular bipolar waveform is twice the frequency of the original harmonic signal, which makes it impossible to obtain the same frequency values at all generator outputs with a fixed tuning of the generator. It should also be borne in mind that the formation of a “quasilinear” signal of a triangular shape requires quadrature harmonic signals, which, under conditions of frequency tuning over a wide range, also causes certain difficulties.

Известно устройство [Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. - М.: Мир, 1982, с. 307, рис. 18.25], содержащее генератор сигналов треугольной формы, первый выход которого подключен к выходному зажиму релейной функции, а второй выход - к выходному зажиму линейной функции и к входу функционального преобразователя, выход которого соединен с выходным зажимом синусоидальной функции. В современных функциональных генераторах для формирования гармонического сигнала из сигнала треугольной формы наибольшее распространение получили диодные функциональные преобразователи, а также преобразователи с использованием ВАХ полевых транзисторов, в основе которых лежит принцип кусочно-линейной, либо кусочно-нелинейной аппроксимации напряжения синусоидальной формы. Однако весь спектр основных требований (малый коэффициент гармоник, отсутствие постоянной составляющей в сигнале синусоидальной формы, широкий диапазон рабочих частот, низкая точность воспроизведения функции синуса при изменении температуры и питающих напряжений и т.д.) достаточно сложно обеспечить при использовании подобных функциональных преобразователей [Дубровин В.С., Никулин В.В. Способ построения управляемых функциональных генераторов. T-comm, 2013, с. 22].A device is known [Titz U., Schenk K. Semiconductor circuitry: a reference guide. - M .: Mir, 1982, p. 307, fig. 18.25], containing a triangular waveform generator, the first output of which is connected to the output terminal of the relay function, and the second output is connected to the output terminal of the linear function and to the input of the functional converter, the output of which is connected to the output terminal of the sinusoidal function. In modern functional generators for generating a harmonic signal from a triangular waveform, the most widely used are diode functional converters, as well as converters using the I – V characteristics of field-effect transistors, which are based on the principle of piecewise-linear or piecewise-nonlinear approximation of the voltage of a sinusoidal shape. However, the whole range of basic requirements (low harmonic coefficient, the absence of a constant component in the sine wave signal, a wide range of operating frequencies, low accuracy of reproduction of the sine function when the temperature and supply voltages change, etc.) is quite difficult to ensure when using such functional converters [Dubrovin V.S., Nikulin V.V. A method of constructing controlled functional generators. T-comm, 2013, p. 22].

Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип управляемый генератор [Пат. №2506692 Российская Федерация, МПК7 Н03В 27/00. Управляемый генератор / Дубровин B.C., заявитель и патентообладатель Дубровин Виктор Степанович. - №2012137334/08; заявл. 31.08.12; опубл. 10.02.14, Бюл. №4], который содержит два перемножителя, два интегратора, релейный элемент, сумматор и блок управления, при этом выход первого интегратора соединен с первым входом второго перемножителя, входом релейного элемента, первым входом блока управления и первым выходом управляемого генератора, выход второго интегратора соединен со вторым выходом управляемого генератора, вторым входом блока управления 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, третий и четвертый входы блока управления соединены соответственно с выходом релейного элемента и шиной опорного напряжения, а выход блока управления соединен с первым входом сумматора.The closest device to the claimed invention for the combination of essential features is taken as a prototype controlled generator [US Pat. No. 2506692 Russian Federation, IPC 7 Н03В 27/00. Managed Generator / Dubrovin BC, Applicant and Patent Holder Dubrovin Viktor Stepanovich. - No. 2012137334/08; declared 08/31/12; publ. 02/10/14, Bull. No. 4], which contains two multipliers, two integrators, a relay element, an adder and a control unit, while the output of the first integrator is connected to the first input of the second multiplier, the input of the relay element, the first input of the control unit and the first output of the controlled generator, the output of the second integrator is connected with the second output of the controlled generator, the second input of the control unit and the second input of the adder, the output of which is connected to the first input of the first multiplier, the second input of which is connected to the control bus the generator and the second input of the second multiplier, the outputs of the first and second multipliers being connected respectively to the inputs of the first and second integrators, the third and fourth inputs of the control unit are connected respectively to the output of the relay element and the reference voltage bus, and the output of the control unit is connected to the first input of the adder.

Блок управления выполнен из трех квадраторов, сумматора, умножителя, ограничителя и инвертора, при этом первый, второй и третий входы сумматора соединены, соответственно, с выходами первого, второго квадраторов и с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом третьего квадратора, причем первый, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с входами первого, второго и третьего квадраторов, четвертый вход блока управления соединен со вторым входом перемножителя, первый вход которого соединен с выходом сумматора, между выходом которого и выходом блока управления включен ограничитель.The control unit is made of three quadrators, an adder, a multiplier, a limiter and an inverter, while the first, second and third inputs of the adder are connected, respectively, to the outputs of the first, second quadrators and to the inverter output, the input of which is connected to the output of the third quadrator, the first one the second and third inputs of the control unit are connected respectively to the inputs of the first, second and third quadrators, the fourth input of the control unit is connected to the second input of the multiplier, the first input of which is connected to the output of the adder, ezhdu whose output and the output control unit included limiter.

Устройство предназначено для формирования квадратурных гармонических сигналов.The device is designed to generate quadrature harmonic signals.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на его выходах квадратурных гармонических сигналов, а также квадратурных биполярных сигналов прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The task to which the invention is directed is to expand the functionality of the device and to obtain quadrature harmonic signals, as well as quadrature and triangular quadrature bipolar signals with high metrological characteristics when the frequency changes over a wide range, at its outputs.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет введения третьего и четвертого сумматоров, второго релейного элемента, четвертого квадратора и четвертого перемножителя и организации новых связей между элементами, что позволило получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The technical result achieved by the implementation of the invention is to expand the functionality of the proposed device by introducing a third and fourth adder, a second relay element, a fourth quadrator and a fourth multiplier and the organization of new connections between the elements, which made it possible to obtain quadrature harmonic signals at its outputs, and also quadrature bipolar signals of rectangular and triangular shape with high metrological characteristics when changing frequency widely.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в функциональный генератор квадратурных сигналов, содержащий три перемножителя, два интегратора, три квадратора, два сумматора и релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом третьего перемножителя, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора, вход которого соединен с выходом первого интегратора, вход которого подключен к выходу первого перемножителя, второй вход которого соединен с шиной управления и вторым входом второго перемножителя, к выходу которого подключен вход второго интегратора, при этом выход второго квадратора соединен со вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, причем первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены с выходами соответственно первого интегратора, релейного элемента и третьего перемножителя, дополнительно введены третий и четвертый сумматоры, второй релейный элемент, четвертый квадратор и четвертый перемножитель, первый вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, а первый вход - с выходом третьего квадратора, между выходом которого и вторым входом четвертого сумматора включен четвертый квадратор, при этом выход второго интегратора соединен с входом третьего квадратора и вторым входом третьего сумматора, третий вход которого соединен с первым входом второго перемножителя, вторым входом четвертого перемножителя и выходом второго релейного элемента, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора и первым входом первого сумматора, к выходу которого подключен вход релейного элемента, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом первого умножителя, причем вход второго квадратора подключен к выходу первого квадратора, а четвертый, пятый и шестой выходы функционального генератора квадратурных сигналов соединены с выходами соответственно четвертого перемножителя, второго релейного элемента и второго интегратора.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the functional generator of quadrature signals containing three multipliers, two integrators, three quadrators, two adders and a relay element, the output of which is connected to the second input of the third multiplier, the first input of which is connected to the output of the second adder, the first input of which is connected to the output of the first quadrator, the input of which is connected to the output of the first integrator, the input of which is connected to the output of the first multiplier, the second input to The second one is connected to the control bus and the second input of the second multiplier, to the output of which the input of the second integrator is connected, the output of the second quadrator is connected to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the voltage reference bus, the first, second and third outputs of the functional generator are connected with outputs of the first integrator, relay element and third multiplier, respectively, the third and fourth adders, the second relay element, the fourth quadrator and the four are additionally introduced the second multiplier, the first input of which is connected to the output of the fourth adder, the third input of which is connected to the voltage reference bus, and the first input - to the output of the third quadrator, between the output of which and the second input of the fourth adder the fourth quadrator is connected, while the output of the second integrator is connected to the input the third quadrator and the second input of the third adder, the third input of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of the fourth multiplier and the output of the second relay element, the input of which the second is connected to the output of the third adder, the first input of which is connected to the output of the first integrator and the first input of the first adder, the output of which is connected to the input of the relay element, the output of which is connected to the second input of the first adder and the first input of the first multiplier, and the input of the second quadrator is connected to the output the first quadrator, and the fourth, fifth and sixth outputs of the functional generator of quadrature signals are connected to the outputs of the fourth multiplier, second relay element and second about the integrator.

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, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Введение в предлагаемое устройство третьего и четвертого сумматоров, второго релейного элемента, четвертого квадратора и четвертого перемножителя, а также организация новых связей между элементами позволили получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.The introduction of the third and fourth adders, the second relay element, the fourth quadrator and the fourth multiplier into the proposed device, as well as the organization of new connections between the elements, made it possible to obtain quadrature harmonic signals, as well as rectangular and triangular quadrature bipolar signals with high metrological characteristics when changing frequencies over a wide range.

Изобретение поясняется структурной схемой функционального генератора квадратурных сигналов (фиг. 1) и графиками (фиг. 2 - фиг. 4), поясняющими принцип работы функционального генератора квадратурных сигналов.The invention is illustrated by the structural diagram of a functional generator of quadrature signals (Fig. 1) and graphs (Fig. 2 - Fig. 4), explaining the principle of operation of a functional generator of quadrature signals.

Функциональный генератор квадратурных сигналов (фиг. 1) содержит четыре перемножителя (1-3, 16), два интегратора (4, 5), четыре квадратора (6-8, 15), четыре сумматора (9, 10, 12, 13) и два релейных элемента (11, 14), при этом первый релейный элемент 11 включен между выходом первого сумматора 11 и первым входом первого перемножителя 1, между выходом которого и входом первого квадратора 6 включен первый интегратор 4, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 9 и первым входом второго сумматора 12, между выходом которого и первым входом второго перемножителя 2 включен второй релейный элемент 14, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора 12, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора 5, между выходом которого и входом четвертого квадратора 15 включен третий квадратор 8, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора 13, третий вход которого соединен с шиной эталонного напряжения и третьим входом второго сумматора 10, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора 6, между выходом которого и вторым входом второго сумматора 10 включен второй квадратор 7, причем к выходу второго сумматора 10 подключен первый вход третьего перемножителя 3, второй вход которого соединен со вторым входом первого сумматора 9 и первым входом первого перемножителя 1, второй вход которого соединен с шиной управления и вторым входом второго перемножителя 2, к выходу которого подключен вход второго интегратора 5, выход которого соединен с шестым выходом функционального генератора квадратурных сигналов, пятый выход которого соединен с выходом второго релейного элемента 14 и вторым входом четвертого перемножителя 16, первый вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, второй вход которого соединен с выходом четвертого квадратора 15, а первый, второй, третий и четвертый выходы функционального генератора квадратурных сигналов соединены с выходами соответственно первого интегратора 4, первого релейного элемента 11, третьего перемножителя 3 и четвертого перемножителя 16.The functional quadrature signal generator (Fig. 1) contains four multipliers (1-3, 16), two integrators (4, 5), four quadrators (6-8, 15), four adders (9, 10, 12, 13) and two relay elements (11, 14), while the first relay element 11 is connected between the output of the first adder 11 and the first input of the first multiplier 1, between the output of which and the input of the first quadrator 6, the first integrator 4 is connected, the output of which is connected to the first input of the first adder 9 and the first input of the second adder 12, between the output of which and the first input of the second multiply The second relay element 14 is connected, the output of which is connected to the third input of the first adder 12, the second input of which is connected to the output of the second integrator 5, between the output of which and the input of the fourth quadrator 15 the third quadrator 8 is connected, the output of which is connected to the first input of the fourth adder 13 the third input of which is connected to the reference voltage bus and the third input of the second adder 10, the first input of which is connected to the output of the first quadrator 6, between the output of which and the second input of the second adder 10 a second quadrator 7, and the first input of the third multiplier 3 is connected to the output of the second adder 10, the second input of which is connected to the second input of the first adder 9 and the first input of the first multiplier 1, the second input of which is connected to the control bus and the second input of the second multiplier 2, to the output which is connected to the input of the second integrator 5, the output of which is connected to the sixth output of the functional generator of quadrature signals, the fifth output of which is connected to the output of the second relay element 14 and the second input of the fourth a multiplier 16, the first input of which is connected to the output of the fourth adder 13, the second input of which is connected to the output of the fourth quadrator 15, and the first, second, third and fourth outputs of the functional generator of quadrature signals are connected to the outputs of the first integrator 4, the first relay element 11, and the third multiplier 3 and the fourth multiplier 16.

Функциональный генератор квадратурных сигналов работает следующим образом.Functional generator of quadrature signals operates as follows.

Перемножители 1 и 2, интеграторы 4 и 5, релейные элементы 11 и 14, а также сумматоры 9 и 10 образуют (фиг. 1) управляемый генератор квадратурных сигналов треугольной формы и биполярных сигналов прямоугольной формы.Multipliers 1 and 2, integrators 4 and 5, relay elements 11 and 14, as well as adders 9 and 10 form (Fig. 1) a controlled generator of quadrature signals of a triangular shape and bipolar signals of a rectangular shape.

Перемножитель 1 и инвертирующий интегратор 4 образуют управляемый интегратор, передаточная функция которого (в изображениях по Лапласу) имеет значение:The multiplier 1 and the inverting integrator 4 form a controlled integrator, the transfer function of which (in Laplace images) has the meaning:

Figure 00000001
Figure 00000001

где s - комплексная переменная; Еу - управляющее напряжение; τ1 - постоянная времени первого интегратора 4; m1 - масштабный коэффициент перемножителя 1; τу11у - управляемая постоянная времени.where s is a complex variable; E y - control voltage; τ 1 is the time constant of the first integrator 4; m 1 - scale factor multiplier 1; τ y1 = τ 1 / E y - controlled time constant.

Перемножитель 2 и инвертирующий интегратор 5 образуют второй управляемый интегратор, передаточная функция которого имеет значение:The multiplier 2 and the inverting integrator 5 form a second controlled integrator, the transfer function of which matters:

Figure 00000002
Figure 00000002

где s - комплексная переменная; τ2 - постоянная времени второго интегратора 5; m2 - масштабный коэффициент второго перемножителя 2; τУ22у - управляемая постоянная времени второго управляемого интегратора.where s is a complex variable; τ 2 is the time constant of the second integrator 5; m 2 is the scale factor of the second multiplier 2; τ U2 = τ 2 / E y - controlled time constant of the second controlled integrator.

При τ12=τ; m1=m2=m=1 передаточные функции управляемых интеграторов также будут иметь одинаковые значения:When τ 1 = τ 2 = τ; m 1 = m 2 = m = 1 transfer functions of controlled integrators will also have the same values:

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
.Where
Figure 00000004
.

В установившемся режиме (фиг. 2) на выходах первого 11 и второго 14 инвертирующих релейных элементов формируются соответствующие биполярные сигналы прямоугольной формы D1(t) и D2(t), которые поступают на входы соответствующих управляемых интеграторов.In the steady state (Fig. 2), the corresponding rectangular bipolar signals D 1 (t) and D 2 (t) are generated at the outputs of the first 11 and second 14 inverting relay elements, which are fed to the inputs of the corresponding controlled integrators.

На выходе первого управляемого интегратора формируется (фиг. 2) сигнал треугольной формы L1(t), а на выходе второго управляемого интегратора - аналогичный сигнал L2(t), сдвинутый по отношению к первому на 90 электрических градусов.At the output of the first controlled integrator, a triangular signal L 1 (t) is generated (Fig. 2), and at the output of the second controlled integrator, a similar signal L 2 (t) is shifted 90 degrees from the first one.

Первый 9 и второй 10 сумматоры обеспечивают (фиг. 2) формирование сигналов V1(t) и V2(t), поступающих на входы соответствующих релейных элементов 11 и 14, которые обеспечивают стабильные амплитудные значения сигналов прямоугольной и треугольной формы.The first 9 and second 10 adders provide (Fig. 2) the formation of signals V 1 (t) and V 2 (t) received at the inputs of the corresponding relay elements 11 and 14, which provide stable amplitude values of the rectangular and triangular signals.

Амплитудные значения Dm1 и Dm2 (фиг. 2) соответствующих сигналов 2), (0 и D2(t) определяются значениями напряжений ограничения U01 и U02 соответствующих релейных элементов 11 и 14.The amplitude values of D m1 and D m2 (Fig. 2) of the corresponding signals 2), (0 and D 2 (t) are determined by the values of the limiting voltages U 01 and U 02 of the corresponding relay elements 11 and 14.

При равенстве U01=U02=U0 частота f формируемых сигналов треугольной и прямоугольной формы определяется следующим выражением:With the equality U 01 = U 02 = U 0, the frequency f of the generated signals of triangular and rectangular shape is determined by the following expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

откуда следует, что частота f формируемых сигналов будет линейно зависеть от изменения управляющего напряжения Еу.whence it follows that the frequency f of the generated signals will linearly depend on the change in the control voltage E y .

Квадраторы 6 и 7, сумматор 10 и перемножитель 3 образуют (фиг. 1) первый формирователь гармонического сигнала, а квадраторы 8 и 15, сумматор 13 и перемножитель 16 - второй формирователь гармонического сигнала. Сигналы N1(t) и N2(t) поступают соответственно на третий и четвертый выходы функционального генератора.Squatters 6 and 7, adder 10 and multiplier 3 form (Fig. 1) the first harmonic signal shaper, and squares 8 and 15, adder 13 and multiplier 16 form the second harmonic signal shaper. Signals N 1 (t) and N 2 (t) are respectively supplied to the third and fourth outputs of the functional generator.

Рассмотрим процесс формирования гармонических сигналов на примере второго формирователя (фиг. 3,б), поскольку процесс формирования гармонического сигнала N1(t) в первом формирователе будет происходить аналогичным образом.Consider the process of forming harmonic signals using the example of the second shaper (Fig. 3, b), since the process of forming the harmonic signal N 1 (t) in the first shaper will occur in a similar way.

Для нахождения аналитических выражений сигнала L2(t) используем общее выражение для прямой у=kx+b, проходящей через две точки с координатами (x1,y1) и (х22):To find the analytical expressions of the signal L 2 (t), we use the general expression for the straight line y = kx + b passing through two points with coordinates (x 1 , y 1 ) and (x 2 , y 2 ):

Figure 00000006
Figure 00000006

где х - текущее значение угла в радианах.where x is the current value of the angle in radians.

Подставив в (1) координаты двух граничных точек [x1=0, у1=-А; х2=π, у2=А] для первого участка сигнала L2(t), получим:Substituting in (1) the coordinates of the two boundary points [x 1 = 0, y 1 = -A; x 2 = π, y 2 = A] for the first section of the signal L 2 (t), we obtain:

Figure 00000007
Figure 00000007

Подставив в (1) координаты двух других граничных точек [x1=π, у1=А; х2=2π, у2=-А] для второго участка сигнала L2(t), получим:Substituting in (1) the coordinates of two other boundary points [x 1 = π, y 1 = A; x 2 = 2π, y 2 = -A] for the second section of the signal L 2 (t), we obtain:

Figure 00000008
Figure 00000008

Для упрощения рассуждений примем, что амплитудные значения сигнала L2(t) равны нормированному значению А=А*=1. В этом случае:To simplify the argument, we assume that the amplitude values of the signal L 2 (t) are equal to the normalized value A = A * = 1. In this case:

Figure 00000009
Figure 00000009

Рассмотрим работу формирователя гармонического сигнала на первом участке при x∈[π;2π]. На выходе третьего 8 и четвертого 15 квадраторов формируются (фиг. 3,б) соответствующие сигналы:Consider the operation of the harmonic signal former in the first segment at x∈ [π; 2π]. At the output of the third 8 and fourth 15 quadrators, the corresponding signals are formed (Fig. 3, b):

Figure 00000010
Figure 00000010

Сумматор 13 является инвертирующим, поэтому на его выходе будет сформирован сигнал:The adder 13 is inverting, so a signal will be generated at its output:

Figure 00000011
Figure 00000011

где k41, k42 и k43 - коэффициенты передачи сумматора 13 по соответствующим входам, Е0 - величина опорного напряжения.where k 41 , k 42 and k 43 are the transfer coefficients of the adder 13 at the corresponding inputs, E 0 is the value of the reference voltage.

При k43=1, Е0=1 и с учетом (5) получим:When k 43 = 1, E 0 = 1 and taking into account (5) we get:

Figure 00000012
Figure 00000012

При х=0 и x=π (фиг. 3,б):For x = 0 and x = π (Fig. 3, b):

Figure 00000013
Figure 00000013

Из уравнения (7) найдем зависимость между коэффициентами k41 и k42:From equation (7) we find the relationship between the coefficients k 41 and k 42 :

Figure 00000014
Figure 00000014

Подставив значение коэффициента k42 из уравнения (8) в уравнение (6), получим:Substituting the value of the coefficient k 42 from equation (8) into equation (6), we obtain:

Figure 00000015
Figure 00000015

Максимальное (экстремальное) значение М2 max будет (фиг. 4,г) при х=π/2:The maximum (extreme) value of M 2 max will be (Fig. 4, d) at x = π / 2:

Figure 00000016
Figure 00000016

Аналогичные результаты могут быть получены и для второго участка, при этом М2(π)=М2(2π)=0,а М2 max2(3π/2)=А*=1.Similar results can be obtained for the second section, with M 2 (π) = M 2 (2π) = 0, and M 2 max = M 2 (3π / 2) = A * = 1.

Анализ кривой М2(х) показывает, что сигнал по форме близок к синусоиде, поэтому для оценки погрешности ε(x) найдем разность между сигналом М2(х) и М0(х) для идеальной синусоиды:Analysis of the curve M 2 (x) shows that the signal is close in shape to a sinusoid, therefore, to estimate the error ε (x), we find the difference between the signal M 2 (x) and M 0 (x) for an ideal sinusoid:

Figure 00000017
Figure 00000017

причем, как следует из (9), величина погрешности будет зависеть от значения коэффициента k41.moreover, as follows from (9), the magnitude of the error will depend on the value of the coefficient k 41 .

Минимизация ошибки s(x) происходит при значении коэффициента k41≈1,2232, при этом коэффициент k42≈0,2232.The error s (x) is minimized when the coefficient k 41 ≈1.2232, and the coefficient k 42 ≈0.2232.

Формирование гармонического сигнала N2(x) происходит с помощью фазового модулятора, выполненного из перемножителя 16, на первый вход которого поступает (фиг. 4,г) однополярный сигнал М2(х), а на другой (фиг. 4,д) - управляющий сигнал D2(x) с выхода второго релейного элемента 14.The formation of a harmonic signal N 2 (x) occurs using a phase modulator made of a multiplier 16, the first input of which receives (Fig. 4, d) a unipolar signal M 2 (x), and on the other (Fig. 4, d) - a control signal D 2 (x) from the output of the second relay element 14.

Таким образом, на выходе перемножителя 16 формируется гармонический сигнал N2(t), коэффициент искажения которого не превышает 0,072% при оптимальных значениях коэффициентов k41opt=1,2232 и k42opt=0,2232. Оптимизация коэффициентов и измерение нелинейных искажений производились с помощью блока (THD-Total harmonic distortion) программы PSIM 9.Thus, at the output of the multiplier 16, a harmonic signal N 2 (t) is formed, the distortion coefficient of which does not exceed 0.072% at optimal values of the coefficients k 41opt = 1.2232 and k 42opt = 0.2232. The optimization of coefficients and the measurement of nonlinear distortion were performed using the block (THD-Total harmonic distortion) of the PSIM 9 program.

Использование предлагаемого изобретения позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на его выходах квадратурные гармонические сигналы, а также квадратурные биполярные сигналы прямоугольной и треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками при изменении частоты в широких пределах.Using the present invention will expand the functionality of the device and get at its outputs quadrature harmonic signals, as well as quadrature bipolar signals of rectangular and triangular shape with high metrological characteristics when the frequency changes over a wide range.

Claims (1)

Функциональный генератор квадратурных сигналов, содержащий три перемножителя, два интегратора, три квадратора, два сумматора и релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом третьего перемножителя, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого квадратора, вход которого соединен с выходом первого интегратора, вход которого подключен к выходу первого перемножителя, второй вход которого соединен с шиной управления и вторым входом второго перемножителя, к выходу которого подключен вход второго интегратора, при этом выход второго квадратора соединен со вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, причем первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены с выходами соответственно первого интегратора, релейного элемента и третьего перемножителя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены третий и четвертый сумматоры, второй релейный элемент, четвертый квадратор и четвертый перемножитель, первый вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, третий вход которого соединен с шиной опорного напряжения, а первый вход - с выходом третьего квадратора, между выходом которого и вторым входом четвертого сумматора включен четвертый квадратор, при этом выход второго интегратора соединен с входом третьего квадратора и вторым входом третьего сумматора, третий вход которого соединен с первым входом второго перемножителя, вторым входом четвертого перемножителя и выходом второго релейного элемента, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора и первым входом первого сумматора, к выходу которого подключен вход релейного элемента, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора и первым входом первого умножителя, причем вход второго квадратора подключен к выходу первого квадратора, а четвертый, пятый и шестой выходы функционального генератора квадратурных сигналов соединены с выходами соответственно четвертого перемножителя, второго релейного элемента и второго интегратора. A functional quadrature signal generator containing three multipliers, two integrators, three quadrators, two adders and a relay element, the output of which is connected to the second input of the third multiplier, the first input of which is connected to the output of the second adder, the first input of which is connected to the output of the first quadrator, the input of which connected to the output of the first integrator, the input of which is connected to the output of the first multiplier, the second input of which is connected to the control bus and the second input of the second multiplier, to the output of the cat the input of the second integrator is connected, the output of the second quadrator is connected to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the reference voltage bus, the first, second and third outputs of the functional generator are connected to the outputs of the first integrator, relay element and third multiplier, respectively the fact that the third and fourth adders, the second relay element, the fourth quadrator and the fourth multiplier, the first input of which is connected to the output, are additionally introduced into it the fourth adder, the third input of which is connected to the voltage reference bus, and the first input - with the output of the third quadrator, between the output of which and the second input of the fourth adder the fourth quadrator is turned on, while the output of the second integrator is connected to the input of the third quadrator and the second input of the third adder, the third the input of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of the fourth multiplier and the output of the second relay element, the input of which is connected to the output of the third adder, the first input to It is connected to the output of the first integrator and the first input of the first adder, the output of which is connected to the input of the relay element, the output of which is connected to the second input of the first adder and the first input of the first multiplier, the input of the second quadrator connected to the output of the first quadrator, and the fourth, fifth and sixth the outputs of the functional generator of quadrature signals are connected to the outputs of the fourth multiplier, the second relay element, and the second integrator, respectively.
RU2015101051/08A 2015-01-12 2015-01-12 Functional quadrature signal generator RU2582556C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101051/08A RU2582556C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Functional quadrature signal generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015101051/08A RU2582556C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Functional quadrature signal generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582556C1 true RU2582556C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015101051/08A RU2582556C1 (en) 2015-01-12 2015-01-12 Functional quadrature signal generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582556C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1657815A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-17 Dialog Semiconductor GmbH Frequency stabilization technique for self oscillating modulator
RU108247U1 (en) * 2011-05-16 2011-09-10 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") FUNCTIONAL GENERATOR
RU127554U1 (en) * 2012-09-07 2013-04-27 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") SQUARE SHAPER
RU2506692C1 (en) * 2012-08-31 2014-02-10 Виктор Степанович Дубровин Controlled generator
RU2534939C1 (en) * 2013-09-13 2014-12-10 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" Function generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1657815A1 (en) * 2004-11-12 2006-05-17 Dialog Semiconductor GmbH Frequency stabilization technique for self oscillating modulator
RU108247U1 (en) * 2011-05-16 2011-09-10 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") FUNCTIONAL GENERATOR
RU2506692C1 (en) * 2012-08-31 2014-02-10 Виктор Степанович Дубровин Controlled generator
RU127554U1 (en) * 2012-09-07 2013-04-27 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (НОУ "СДНиТ") SQUARE SHAPER
RU2534939C1 (en) * 2013-09-13 2014-12-10 Негосударственное образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" Function generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU104402U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
RU2534939C1 (en) Function generator
RU2622866C1 (en) Triangular waveform generator
RU2541147C1 (en) Function generator
McGrath et al. One-dimensional spectral analysis techniques for multilevel PWM strategies
RU108247U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
US3320411A (en) Methods and apparatus for generating exponential and power functions
RU2582556C1 (en) Functional quadrature signal generator
RU2625555C1 (en) Functional generator
RU2582557C1 (en) Function generator
RU2536387C1 (en) Triangular signal former
RU196044U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU101291U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
RU2555241C1 (en) Function generator
RU2577205C1 (en) Harmonic signal generator
RU2554571C1 (en) Function generator
US3430855A (en) Coordinate axis converter employing a function generator
RU104799U1 (en) MANAGED GENERATOR
RU2520409C2 (en) Converter for converting periodic signal to frequency and period
RU206287U1 (en) FREQUENCY MORNER
RU205765U1 (en) ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL FORMER
RU168550U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2568771C1 (en) Phase shifter of triangular waveform
US3676660A (en) Vector half-angle computer
RU2628434C1 (en) Triangular waveform generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170113