Функциональный генератор

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике. В функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены, соответственно, с выходом первого вычислителя модуля, выходом первого квадратора, выходом второго квадратора и выходом второго вычислителя модуля, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, дополнительно введены перемножитель, масштабирующий усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены, соответственно, с первым и вторым входами перемножителя, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя, а к выходу блока суммирования-вычитания подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с выходом масштабирующего усилителя, с выходом блока суммирования-вычитания и с выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов. Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками. 1 с.п. ф-лы полезной модели, 2 ил.

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике.

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.

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 [см. 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.

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, формирователь линейно-изменяющегося сигнала [Дубровин B.C., Никулин В.В. Оптимизация коэффициентов «выравнивания» формирователя линейно-изменяющегося сигнала. Электронный журнал «Электроника и информационные технологии», - 2009, выпуск 2 (6), (рис.3). Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева, http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/linear_signal_generation.pdf. (Статья зарегистрирована Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «ИНФОРМРЕГИСТР» в реестре электронных научных изданий - номер регистрации 0420900067/0064 от 12.01.2010)], который содержит источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, при этом выходы первого и второго вычислителей модулей соединены, соответственно, с первым и четвертым входами блока суммирования-вычитания, выходы первого и второго квадраторов соединены, соответственно, со вторым и третьим входами блока суммирования-вычитания, выход которого соединен с выходом функционального генератора.

Устройство предназначено для формирования сигнала треугольной формы и не может выполнять функцию функционального генератора.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на выходах функционального генератора сигналов синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.

Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет того, что в него дополнительно введены перемножитель, масштабный усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, что позволило получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены, соответственно, с выходом первого вычислителя модуля, выходом первого квадратора, выходом второго квадратора и выходом второго вычислителя модуля, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, дополнительно введены перемножитель, масштабирующий усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены, соответственно, с первым и вторым входами перемножителя, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя, а к выходу блока суммирования-вычитания подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с выходом масштабирующего усилителя, с выходом блока суммирования-вычитания и с выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.

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 заявленной полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».

Введение в предлагаемое устройство перемножителя, масштабного усилителя и формирователя биполярных прямоугольных импульсов, а также организация новых связей между элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: фиг.1 - блок схема функционального генератора; фиг.2 - графики, поясняющие принцип работы функционального генератора.

Функциональный генератор (фиг.1) содержит источник квадратурных сигналов 1, первый 2 и второй 3 вычислители модуля, первый 4 и второй 5 квадраторы, блок суммирования-вычитания 6, перемножитель 7, масштабирующий усилитель 8 и формирователь биполярных прямоугольных импульсов 9, причем первый выход источника квадратурных сигналов 1 соединен с входом первого вычислителя модуля 2, входом первого квадратора 4 и первым входом перемножителя 7, второй выход источника квадратурных сигналов 1 соединен с входом второго вычислителя модуля 3, входом второго квадратора 5 и вторым входом перемножителя 7, причем первый, второй, третий и четвертый входы блока суммирования-вычитания 6 соединены, соответственно, с выходом первого вычислителя модуля 2, выходом первого квадратора 4, выходом второго квадратора 5 и выходом второго вычислителя модуля 3, к выходу перемножителя 7 подключен вход масштабирующего усилителя 8, а к выходу блока суммирования-вычитания 6 подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов 9, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с выходом масштабирующего усилителя 8, с выходом блока суммирования-вычитания бис выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов 9.

Работа предлагаемого функционального генератора осуществляется следующим образом.

На выходах источника квадратурных сигналов 1 формируются (фиг.1) гармонические сигналы: V₁(t)=U₁sin(2f₀) и V₂(t)=U₂cos(2f₀), с амплитудными значениями U₁ и U₂ и частотой f₀. Амплитудные значения сигналов U₁ и U₂ всегда могут быть приведены к нормированному значению U₀=U₁=U₂ =1 (фиг.2). В этом случае на выходе перемножителя 7 формируется также гармонический сигнал S₁(f)=U₀sin(2f₀)U₀cos(2f₀)=A₁sin(4f₀)=A₁sin(2f₁), амплитудное значение которого A₁ =0,5 U₀, а частота в два раза превышает частоту квадратурных сигналов f₁=2f₀. Масштабирующий усилитель 8, имеет коэффициент усиления К_у=2, поэтому на первом выходе функционального генератора формируется сигнал N₁ (t), амплитудное значение которого в точности равно нормированному значению U₀, а частота в два раза превышает частоту f₀:N₁(t)=2S₁(t)=20,5sin(2f₁)=U₀sin(2f₁).

Вычислители модуля 2 и 3, квадраторы 4 и 5, а также блок суммирования-вычитания осуществляют формирование сигнала треугольной формы N₂(t) на втором выходе функционального генератора.

На выходах первого 2 и второго 3 вычислителей модуля формируются соответствующие сигналы S₂(t)=modV₁(f) и S₃(t)=modV ₂(t), а на выходах первого 4 и второго 5 перемножителей - сигналы S₄(t)=[V₁(t)]²=sin ²(2f₀) и S₅(t)=[V₂(t)] ²=cos²(2f₀).

Первый и третий входы блока суммирования-вычитания 6 являются неинвертирующими, а второй и четвертый - инвертирующими, при этом коэффициенты передачи по первому и четвертому входам выбираются равными _опт., а коэффициенты передачи по второму и третьему входам должны рассчитываться из условия =(1-_опт.).

При оптимальном выборе коэффициентов _опт.=1,2612 и =(1-_опт.) на выходе блока суммирования-вычитания 6 формируется сигнал N₂(t) с частотой, равной удвоенному значению частоты входных сигналов (фиг.2), и имеющий высокую линейность как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение).

С помощью формирователя 9 сигнал N₂(t) треугольной формы, поданный на его вход превращается в сигнал N₃(t), форма которого - биполярные прямоугольные импульсы и частота которого равна удвоенной частоте квадратурных сигналов (фиг.2).

Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.

Функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом первого вычислителя модуля, выходом первого квадратора, выходом второго квадратора и выходом второго вычислителя модуля, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены перемножитель, масштабирующий усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединено соответственно с первым и вторым входами перемножителя, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя, а к выходу блока суммирования-вычитания подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены соответственно с выходом масштабирующего усилителя, с выходом блока суммирования-вычитания и с выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.