Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы

Авторы патента:

Полезная модель относится к области радиотехники и вычислительной техники и может быть использована в радиолокации, в преобразователях "напряжение-временной интервал", широтно-импульсных модуляторах, устройствах временной задержки и т.д.

В аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй двухполупериодные выпрямители, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя, дополнительно введен компенсатор нелинейности с двумя входами, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, при этом первый и второй входы компенсатора нелинейности соединены, соответственно, с первым и вторым входами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы.

Компенсатор нелинейности выполнен из первого и второго перемножителей, квадратора, амплитудного компаратора, вычитателя и коммутатора, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности, при этом выход первого перемножителя соединен с неинвертирующим входом амплитудного компаратора, первым входом второго перемножителя и первым входом вычитателя, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход компенсатора нелинейности соединен со вторым входом первого перемножителя и входом квадратора, к выходу которого подключен второй вход второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, причем

инвертирующий вход амплитудного компаратора соединен с общей шиной, а выход - с управляющим входом коммутатора.

Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить линейность формируемого сигнала за счет введения компенсирующего сигнала. 1 с., 1 з.п. ф-лы полезной модели, 5ил.

Известно устройство [Шустов М.А. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы. - Радиотехника, 2003, 1, (стр.95 - Рис.1)], содержащее фазовращатель, два двухполупериодных выпрямителя и сумматор, на выходе которого формируется сигнал треугольной формы.

К недостаткам устройства относятся:

1. Значительная нелинейность формируемого сигнала треугольной формы на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.

2. Для работы формирователя необходимо использование входного сигнала достаточно большой амплитуды.

2. Необходим подбор диодов по критерию идентичности вольт-амперных и вольт-емкостных характеристик.

3. Наличие большого количества регулировочных элементов («компенсация», «баланс», «регулировка фазы»).

4. Сложность настройки формирователя (необходима последовательно-поочередная регулировка трех подстроечных резисторов).

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, преобразователь ортогональных напряжений в постоянное (А.с. СССР 1684885, кл. Н02М 7/02, опубл. 15.10.91, Бюл. 38), который содержит два двухполупериодных

выпрямителя, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с входами первого и второго двух-полупериодных выпрямителей, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение линейности формируемого сигнала.

Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в повышении линейности формируемого сигнала путем введения дополнительного компенсирующего сигнала.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй двухполупериодные выпрямители, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя, дополнительно введен компенсатор нелинейности с двумя входами, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, при этом первый и второй входы компенсатора нелинейности соединены, соответственно, с первым и вторым входами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы.

выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход компенсатора нелинейности соединен со вторым входом первого перемножителя и входом квадратора, к выходу которого подключен второй вход второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, причем инвертирующий вход амплитудного компаратора соединен с общей шиной, а выход - с управляющим входом коммутатора.

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 корректора нелинейности позволило повысить линейность формируемого сигнала треугольной формы.

Полезная модель поясняется структурными схемами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы (фиг.1), и графиками (фиг.2 - фиг.5), поясняющими принцип формирования выходного сигнала.

Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержит первый 1 и второй 2 двухполупериодные выпрямители, вычитатель 3 и сумматор 4, выход которого соединен с выходом 5 аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый 6 и второй 7 входы которого соединены, соответственно, с входами первого 1 и второго 2 двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычитателя 3, компенсатор нелинейности 8 с двумя входами, выход, которого соединен со вторым входом сумматора 4, первый вход которого подключен к выходу

вычитателя 3, при этом первый и второй входы компенсатора нелинейности 8 соединены, соответственно, с первым 6 и вторым 7 входами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы.

Компенсатор нелинейности 8 выполнен из первого 9 и второго 10 перемножителей, квадратора 11, амплитудного компаратора 12, вычитателя 13 и коммутатора 14, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности 8, при этом выход первого перемножителя 9 соединен с неинвертирующим входом амплитудного компаратора 12, первым входом второго перемножителя 10 и первым входом вычитателя 13, выход которого соединен с информационным входом коммутатора 14, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности 8, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя 9, второй вход компенсатора нелинейности 8 соединен со вторым входом первого перемножителя 9 и входом квадратора 11, к выходу которого подключен второй вход второго перемножителя 10, выход которого соединен со вторым входом вычитателя 13, причем инвертирующий вход амплитудного компаратора 12 соединен с общей шиной, а выход - с управляющим входом коммутатора 14.

Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы работает следующим образом.

На первый вход 6 формирователя (фиг.1), а, следовательно, на вход первого двухполупериодного выпрямителя 1 подается сигнал

где А - амплитуда, а ₀ - круговая частота сигнала S₁(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением ₀=2f.

На второй вход 7 формирователя, а, следовательно, на вход второго двухполупериодного выпрямителя 2 подается сигнал

сдвинутый по отношению к сигналу S₁(t) на угол /2.

Двухполупериодные выпрямители 1 и 2 обеспечивают (фиг.2) получение модулей сигналов S₁ (t) и S₂(t):

которые поступают, соответственно, на первый неинвертирующий и второй инвертирующий входы вычитателя 3.

На выходе вычитателя 3 будет сформирован (фиг.2) сигнал

где ₁ и ₂ - коэффициенты передачи вычитателя 3 по первому неинвертирующему и второму инвертирующему входам, соответственно. При ₁=₂=1 амплитуда сигнала S_синт(t) будет равна амплитуде А входных сигналов S₃(t) и S₄ (t).

На фиг.2 графики построены для нормированного значения А=1. Частота основной гармоники ₁ синтезированного сигнала треугольной формы S_синт(t), равна удвоенному значению частоты ₀, квадратурных сигналов S₁(t) и S₂(t), то есть происходит умножение частоты на два.

На участках «прямого хода» (интервал от нуля до /2), и «обратного хода» (интервал от /2 до ) сигнал S_синт(t) имеет S-образные характеристики, то есть является «квазилинейным».

Для оценки нелинейности синтезированного сигнала S_синт (t) вычислим отклонение ₁(t)=S_эт(t)-S_синт(t), где S_эт(t) - идеальный сигнал, который на интервалах от нуля до /2 и от /2 до , то есть в пределах одного периода выходного сигнала, можно описать с помощью следующего выражения:

где k - номер интервала (k=1 для участка «прямого хода») и k=2 для участка «обратного хода») эталонного сигнала S_эт(1);

=₀t - значение фазового угла.

График зависимости ₁(t) от угла =₀t приведен на фиг.3. Максимальное отклонение ₁(t) по модулю превышает 4% (₁=42,5 мВ при нормированном значении амплитуды А=1000 мВ).

Если сформировать (Фиг.4) компенсирующий сигнал S_комп.(t), в точности совпадающий по форме и величине с сигналом ошибки ₁(t), а затем сложить его с сигналом S_синт (t), то результирующий сигнал S_вых(t) будет в точности равен эталонному сигналу S_эт(t). Задачу формирования компенсирующего сигнала S_комп.(t) выполняет компенсатор нелинейности 8, который работает (Фиг.3) следующим образом.

На выходе первого умножителя 9 формируется сигнал

который поступает на неинвертирующий вход амплитудного компаратора 12.

С выхода амплитудного компаратора 12 сигнал прямоугольный сигнал E_y.(t) либо с уровнем «Лог.0», либо с уровнем «Лог.1» поступает на управляющий вход коммутатора 14. Частота сигнала E_y.(t) равна удвоенной частоте ₀ входного сигнала S₁(t).

На выходе квадратора 11 формируется сигнал S₆(t)=cos²(₀t), который поступает на второй вход умножителя 10, на выходе которого сигнал

В результате вычитания двух сигналов S₇(t) и S₅(t) на выходе вычитателя 13 будет сигнал

где ₃ и ₄ - коэффициенты передачи вычитателя 13, соответственно, по первому и второму входам.

Из (8) следует, что на выходе вычитателя 13 происходит умножение частоты ₀ входного сигнала S₁(t) на четыре (фиг.3).

В коммутаторе 14 под действием управляющего (модулирующего) сигнала E_y.(t) происходит фазовая модуляция сигнала S₈(t). Форма модулированного

сигнала (фиг.5) на выходе коммутатора практически повторяет форму сигнала ошибки ₁(t).

На выходе сумматора 4 формируется сигнал S_вых(t), являющийся суммой синтезированного «квазилинейного» сигнала S_синт(t) и компенсирующего сигнала S_комп.(t):

где ₅ и ₆ - коэффициенты передачи сумматора 4, соответственно, по первому и второму входам. Оптимальное значение коэффициентов ₅=1 и ₆=0,0425.

Поскольку компенсирующий сигнал S_комп.(t) незначительно отличается (фиг.4) от сигнала ошибки ₁(t), то остаточная погрешность ₂(t) значительно меньше (Фиг.3) погрешности ₂(t) и выходной сигнал S_вых(t) обладает большей линейностью (Фиг.5) по сравнению с исходным сигналом S_синт(t).

Использование предлагаемой полезной модели позволит значительно улучшить линейность формируемого сигнала треугольной формы.

1. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый и второй двухполупериодные выпрямители, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены соответственно с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами вычитателя, отличающийся тем, что в него дополнительно введен компенсатор нелинейности с двумя входами, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, при этом первый и второй входы компенсатора нелинейности соединены соответственно с первым и вторым входами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы.

2. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что компенсатор нелинейности выполнен из первого и второго перемножителей, квадратора, амплитудного компаратора, вычитателя и коммутатора, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности, при этом выход первого перемножителя соединен с неинвертирующим входом амплитудного компаратора, первым входом второго перемножителя и первым входом вычитателя, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого соединен с выходом компенсатора нелинейности, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход компенсатора нелинейности соединен со вторым входом первого перемножителя и входом квадратора, к выходу которого подключен второй вход второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, причем инвертирующий вход амплитудного компаратора соединен с общей шиной, а выход - с управляющим входом коммутатора.