RU2625555C1 - Functional generator - Google Patents

Functional generator Download PDF

Info

Publication number
RU2625555C1
RU2625555C1 RU2016136624A RU2016136624A RU2625555C1 RU 2625555 C1 RU2625555 C1 RU 2625555C1 RU 2016136624 A RU2016136624 A RU 2016136624A RU 2016136624 A RU2016136624 A RU 2016136624A RU 2625555 C1 RU2625555 C1 RU 2625555C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
adder
multiplier
functional generator
Prior art date
Application number
RU2016136624A
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 RU2016136624A priority Critical patent/RU2625555C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625555C1 publication Critical patent/RU2625555C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION 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
    • H03B21/00—Generation of oscillations by combining unmodulated signals of different frequencies
    • H03B21/01—Generation of oscillations by combining unmodulated signals of different frequencies by beating unmodulated signals of different frequencies
    • H03B21/02—Generation of oscillations by combining unmodulated signals of different frequencies by beating unmodulated signals of different frequencies by plural beating, i.e. for frequency synthesis ; Beating in combination with multiplication or division of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION 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
    • H03B27/00—Generation of oscillations providing a plurality of outputs of the same frequency but differing in phase, other than merely two anti-phase outputs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION 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
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: functional generator contains an oscillator 1, the first 2 and the second 3 square-law devices, the first 4 and the second 5 multipliers and an adder 6, which output is connected to the first input of the second multiplier 5, which second input is connected to the second output of the oscillator 1, which first output is connected to the input of the first square-law device 2, the second square-law device 3 is connected between the output the first square-law device and the second input of the adder 6. The first, the second and the third outputs of the functional generator are connected to the first output of the oscillator 1, to the output of the second multiplier 5 and the second output of the master oscillator 1 respectively, the control input of which is connected to the control line of the functional generator. The fourth input of the adder 6 is connected to the reference voltage bus line, the calculator of the module 7 and the inverter 8 placed between the output of the first square-law device 2 and the third input of the adder 6 are additionally introduced, and the calculator of the module 7 is connected between the output of the first multiplier 4 and the first input of the adder 6.
EFFECT: reduction of harmonic signal nonlinear distortion.
3 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. - The radio world. 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 the triangular waveform and the bipolar waveform of the square wave is twice the frequency of the original harmonic signal, which makes it impossible to obtain the same frequency values at all outputs of the generator 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 W., Schenk K. Semiconductor circuitry. 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 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 функциональный генератор [Пат. №2582557 Российская Федерация, МПК Н03В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин A.M. - №2015102007/08; заявл. 22.01.15; опубл. 27.04.16, Бюл. №12], который содержит задающий генератор, формирователь гармонического сигнала и управляемый фазовращатель, выход которого соединен с четвертым выходом функционального генератора, управляющая шина которого соединена с управляющим входом задающего генератора, первый выход которого соединен с первым выходом функционального генератора и первым входом формирователя гармонического сигнала, выход которого соединен с третьим выходом функционального генератора и первым входом управляемого фазовращателя, второй вход которого соединен со вторым входом формирователя гармонического сигнала, вторым выходом задающего генератора и вторым выходом функционального генератора, при этом задающий генератор выполнен из первого сумматора, релейного элемента, первого перемножителя и первого интегратора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, между выходом которого и первым входом первого перемножителя включен релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, при этом второй вход первого перемножителя соединен с управляющим входом формирователя гармонического сигнала, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выходом первого интегратора и выходом релейного элемента, а вход первого интегратора подключен к выходу первого перемножителя, причем формирователь гармонического сигнала выполнен из двух квадраторов, второго сумматора и второго перемножителя, выход которого соединен с выходом формирователя гармонического сигнала, первый вход которого соединен с входом первого квадратора, к выходу которого подключены второй вход второго сумматора и вход второго квадратора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, к выходу которого подключен первый вход второго перемножителя, второй вход которого соединен со вторым входом формирователя гармонического сигнала, шина опорного напряжения которого соединена с третьим входом второго сумматора.The closest device to the claimed invention in terms of essential features is a functional generator adopted as a prototype [Pat. No. 2582557 Russian Federation, IPC Н03В 27/00. Function Generator / Dubrovin B.C., Zyuzin A.M. - No. 2015102007/08; declared 01/22/15; publ. 04/27/16, Bull. No. 12], which contains a master oscillator, a harmonic signal generator and a controlled phase shifter, the output of which is connected to the fourth output of the functional generator, whose control bus is connected to the control input of the master oscillator, the first output of which is connected to the first output of the functional generator and the first input of the harmonic signal generator the output of which is connected to the third output of the functional generator and the first input of the controlled phase shifter, the second input of which is connected to the second input of the harmonic signal generator, the second output of the master oscillator and the second output of the functional generator, while the master oscillator is made of a first adder, a relay element, a first multiplier and a first integrator, the output of which is connected to the first input of the first adder, between the output of which and the first input of the first the multiplier includes a relay element, the output of which is connected to the second input of the first adder, while the second input of the first multiplier is connected to the control input the harmonic signal generator, the first and second outputs of which are connected respectively to the output of the first integrator and the output of the relay element, and the input of the first integrator is connected to the output of the first multiplier, and the harmonic signal generator is made of two quadrators, the second adder and the second multiplier, the output of which is connected to the output a harmonic signal former, the first input of which is connected to the input of the first quadrator, to the output of which the second input of the second adder and the input are connected a second quadrator, the output of which is connected to the first input of the second adder, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which is connected to the second input of the harmonic signal former, the reference voltage bus of which is connected to the third input of the second adder.

Управляемый фазовращатель выполнен из второго интегратора, третьего перемножителя и третьего сумматора, выход которого соединен с выходом управляемого фазовращателя, вход которого соединен с первым входом третьего сумматора и первым входом второго интегратора, к выходу которого подключен первый вход третьего перемножителя, выход которого соединен со вторым входом второго интегратора и вторым входом третьего сумматора, а второй вход третьего перемножителя соединен с управляющей шиной управляемого фазовращателя.The controlled phase shifter is made of a second integrator, the third multiplier and the third adder, the output of which is connected to the output of the controlled phase shifter, the input of which is connected to the first input of the third adder and the first input of the second integrator, the output of which is connected to the first input of the third multiplier, the output of which is connected to the second input the second integrator and the second input of the third adder, and the second input of the third multiplier is connected to the control bus of the controlled phase shifter.

Устройство предназначено для формирования квадратурных гармонических сигналов, а также сигналов треугольной и прямоугольной формы.The device is designed to generate quadrature harmonic signals, as well as triangular and rectangular waveforms.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение нелинейных искажений гармонического сигнала.The problem to which the invention is directed, is to reduce non-linear distortion of a harmonic signal.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении нелинейных искажений гармонического сигнала.The technical result achieved by the implementation of the invention is to reduce non-linear distortion of the harmonic signal.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий задающий генератор, первый и второй квадраторы, первый и второй перемножители и сумматор, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, второй вход которого подключен ко второму выходу задающего генератора, первый выход которого соединен с входом первого квадратора, между выходом которого и вторым входом сумматора включен второй квадратор, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены соответственно с первым выходом задающего генератора, с выходом второго перемножителя и вторым выходом задающего генератора, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной функционального генератора, причем четвертый вход сумматора соединен с шиной опорного напряжения, дополнительно введены вычислитель модуля и инвертор, включенный между выходом первого квадратора и третьим входом сумматора, а вычислитель модуля включен между выходом первого перемножителя и первым входом сумматора.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the functional generator containing the master oscillator, the first and second quadrators, the first and second multipliers and the adder, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which is connected to the second output of the master oscillator, the first the output of which is connected to the input of the first quadrator, between the output of which and the second input of the adder the second quadrator is turned on, while the first, second and third outputs of the functional the nerator are connected respectively to the first output of the master oscillator, with the output of the second multiplier and the second output of the master oscillator, the control input of which is connected to the control bus of the functional generator, the fourth input of the adder connected to the voltage reference bus, an additional module calculator and an inverter connected between the output of the first quadrator and the third input of the adder, and the module calculator is connected between the output of the first multiplier and the first input of the adder.

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 вычислителя модуля и инвертора, а также организация новых связей между элементами и оптимизация коэффициентов передачи сумматора позволило уменьшить нелинейные искажения гармонического сигнала.Introduction to the proposed device, the calculator module and inverter, as well as the organization of new connections between the elements and the optimization of the transfer coefficients of the adder allowed to reduce the harmonic signal non-linear distortion.

Изобретение поясняется структурной схемой функционального генератора (фиг. 1) и графиками (фиг. 2, фиг. 3), поясняющими принцип работы функционального генератора.The invention is illustrated by the structural diagram of the functional generator (Fig. 1) and graphs (Fig. 2, Fig. 3), explaining the principle of operation of the functional generator.

Функциональный генератор (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, первый 2 и второй 3 квадраторы, первый 4 и второй 5 перемножители, сумматор 6, вычислитель модуля 7 и инвертор 8, включенный между выходом первого квадратора 2 и третьим входом сумматора 6, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя 5, второй вход которого соединен со вторым выходом задающего генератора 1, первый выход которого соединен с входом первого квадратора 2, с первым входом первого перемножителя 4 и первым выходом функционального генератора, второй выход которого соединен с выходом второго перемножителя 5, а третий выход функционального генератора подключен ко второму выходу задающего генератора 1, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной функционального генератора, при этом вычислитель модуля 7 включен между выходом первого перемножителя 4 и первым входом сумматора 6, второй квадратор 3 включен между выходом первого квадратора 2 и вторым входом сумматора 6, четвертый вход которого соединен с шиной опорного напряжения.The functional generator (Fig. 1) contains the master oscillator 1, the first 2 and second 3 quadrators, the first 4 and second 5 multipliers, the adder 6, the calculator module 7 and the inverter 8, connected between the output of the first quadrator 2 and the third input of the adder 6, the output of which connected to the first input of the second multiplier 5, the second input of which is connected to the second output of the master oscillator 1, the first output of which is connected to the input of the first quadrator 2, with the first input of the first multiplier 4 and the first output of the functional generator, the second output to which is connected to the output of the second multiplier 5, and the third output of the functional generator is connected to the second output of the master generator 1, the control input of which is connected to the control bus of the functional generator, while the calculator of module 7 is connected between the output of the first multiplier 4 and the first input of adder 6, the second quadrator 3 is connected between the output of the first quadrator 2 and the second input of the adder 6, the fourth input of which is connected to the voltage reference bus.

Функциональный генератор работает следующим образом.Functional generator operates as follows.

При подаче управляющего напряжения ЕУ на вход задающего генератора 1 на его первом и втором выходах формируются (фиг. 2, а) сигналы соответственно треугольной формы L(t) и прямоугольной формы D(t).When a control voltage E V is applied to the input of the master oscillator 1, signals of a triangular shape L (t) and a rectangular shape D (t) are formed (Fig. 2a) at its first and second outputs.

Сигналы L(t) и D(t) поступают соответственно на первый и третий выходы функционального генератора (фиг. 1).The signals L (t) and D (t) arrive respectively at the first and third outputs of the functional generator (Fig. 1).

Частота ƒ формируемых сигналов L(t) и D(t) будет линейно зависеть от изменения управляющего напряжения ЕУ, то есть ƒ=K⋅ЕУ, где K - коэффициент пропорциональности.The frequency ƒ of the generated signals L (t) and D (t) will linearly depend on the change in the control voltage Е У , that is, ƒ = K⋅Е У , where K is the proportionality coefficient.

Перенесем систему координат из точки О в точку x1 (фиг. 2, а), тогда х1=0; х2=π, и х3=2π, при этом период Т колебаний сигналов задающего генератора 1 можно определить как: Т=х3-х1=2π.We transfer the coordinate system from point O to point x 1 (Fig. 2, a), then x 1 = 0; x 2 = π, and x 3 = 2π, while the period T of the oscillations of the signals of the master oscillator 1 can be defined as: T = x 3 -x 1 = 2π.

Рассмотрим процесс формирования гармонического сигнала N2(t) на интервале x∈[0; π] (фиг. 2, а).Consider the process of forming a harmonic signal N 2 (t) on the interval x∈ [0; π] (Fig. 2, a).

Для нахождения аналитических выражений сигнала L(t) используем общее выражение для прямой y=kx+b, проходящей через две точки с координатами (x1, y1) и (x2, y2)To find the analytical expressions of the signal L (t), we use the general expression for the line y = kx + b passing through two points with coordinates (x 1 , y 1 ) and (x 2 , y 2 )

Figure 00000001
Figure 00000001

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

Подставив в (1) координаты двух граничных точек [х1=0, y1=А; х2=π, y2=-А], получимSubstituting in (1) the coordinates of the two boundary points [x 1 = 0, y 1 = A; x 2 = π, y 2 = -A], we obtain

Figure 00000002
Figure 00000002

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

Figure 00000003
Figure 00000003

На выходе первого квадратора 2 формируется сигналAt the output of the first quadrator 2, a signal is formed

Figure 00000004
Figure 00000004

а на выходе первого перемножителя 4 - сигналand at the output of the first multiplier 4 is a signal

Figure 00000005
Figure 00000005

На выходе вычислителя модуля 7 формируется сигналA signal is generated at the output of the calculator of module 7

Figure 00000006
Figure 00000006

а на выходе второго квадратора 3 - сигналand the output of the second quadrator 3 is a signal

Figure 00000007
Figure 00000007

На третий вход сумматора 6 поступает инвертированный сигнал М1(x), то естьThe third input of adder 6 receives an inverted signal M 1 (x), i.e.

Figure 00000008
Figure 00000008

а на четвертый вход - опорное напряжение Е0.and the fourth input is the reference voltage E 0 .

На выходе инвертирующего сумматора 6 формируется (фиг. 1) сигналThe output of the inverting adder 6 is formed (Fig. 1) a signal

Figure 00000009
Figure 00000009

где k1-k4 - коэффициенты передачи сумматора 6 по соответствующим входам, Е0 - величина опорного напряжения.where k 1 -k 4 are the transfer coefficients of the adder 6 at the corresponding inputs, E 0 is the value of the reference voltage.

Полярность сигнала N2(x) будет зависеть от знака переключающего напряжения D(x), поступающего на второй вход второго перемножителя 5 N2(x)=sign[D(x)]⋅U(x). Поскольку сигнал D(x) на рассматриваемом интервале x∈[0; π] принимает значение, равное D(x)=1 (фиг. 2, а), тоThe polarity of the signal N 2 (x) will depend on the sign of the switching voltage D (x) supplied to the second input of the second multiplier 5 N 2 (x) = sign [D (x)] ⋅U (x). Since the signal D (x) in the considered interval x∈ [0; π] takes a value equal to D (x) = 1 (Fig. 2, a), then

Figure 00000010
Figure 00000010

Для решения уравнения (9) необходимо найти значения коэффициентов k1-k4 и величину опорного напряжения Е0, причем эти величины должны быть оптимизированы для получения минимальных искажений формируемого гармонического сигнала N2(x).To solve equation (9), it is necessary to find the values of the coefficients k 1 -k 4 and the value of the reference voltage E 0 , and these values should be optimized to obtain minimal distortion of the generated harmonic signal N 2 (x).

В уравнение (9) входит 5 неизвестных (четыре коэффициента k1-k4 и опорное напряжение Е0), следовательно, должна быть составлена система из пяти линейных уравнений.Equation (9) includes 5 unknowns (four coefficients k 1 -k 4 and a reference voltage E 0 ), therefore, a system of five linear equations should be composed.

Задачу можно упростить, если систему уравнений составить таким образом, чтобы на рассматриваемом интервале в определенных (заданных) точках xi было идеальное совпадение с эталонным сигналом S0(x)=-А*⋅sin(x)=-sin(x), то есть N2(xi)=S0(xi).The problem can be simplified if the system of equations is formulated in such a way that in the interval under consideration at certain (given) points x i there is perfect coincidence with the reference signal S 0 (x) = - A * ⋅ sin (x) = - sin (x), that is, N 2 (x i ) = S 0 (x i ).

С учетом этого составим следующее уравнениеWith this in mind, we compose the following equation

Figure 00000011
Figure 00000011

Для точки х=90° значения L(π/2)]=0; S0(π/2)]=1, тогда получим уравнениеFor the point x = 90 °, the values of L (π / 2)] = 0; S 0 (π / 2)] = 1, then we obtain the equation

Figure 00000012
Figure 00000012

Исходное уравнение (10) при этом можно значительно упроститьThe original equation (10) can be greatly simplified

Figure 00000013
Figure 00000013

для решения которого требуется уже система из трех линейных уравнений с тремя неизвестными k1-k3.the solution of which already requires a system of three linear equations with three unknowns k 1 -k 3 .

Для точки x1=0 уравнение (12) примет следующий видFor the point x 1 = 0, equation (12) takes the following form

Figure 00000014
Figure 00000014

откуда следует, что при варьировании всего двух коэффициентов (k1 и k2) можно провести оптимизацию формирователя гармонического сигнала N2(x) на минимум нелинейных искажений, поскольку коэффициент к3 жестко связан с изменяемыми коэффициентами k1 и k2, то есть k3=1+k1+k2.whence it follows that by varying only two coefficients (k 1 and k 2 ), it is possible to optimize the harmonic signal former N 2 (x) for a minimum of non-linear distortions, since the coefficient k 3 is tightly connected with the variable coefficients k 1 and k 2 , i.e., k 3 = 1 + k 1 + k 2 .

Временные диаграммы, поясняющие принцип формирования гармонического сигнала представлены на фиг. 2.Timing diagrams explaining the principle of generating a harmonic signal are shown in FIG. 2.

На фиг. 2, б показан виртуальный сигнал (с учетом коэффициентов и инверсии сумматора 6)In FIG. 2b shows a virtual signal (taking into account the coefficients and the inverse of the adder 6)

Figure 00000015
Figure 00000015

а на фиг. 2, в - виртуальный сигналand in FIG. 2, c - virtual signal

Figure 00000016
Figure 00000016

Для получения сигнала U(x), изображенного на фиг. 2, г, необходимо к сигналу Z2(x) добавить напряжение смещения (фиг. 2, в), величина которого ЕСМ=-Е0. Затем с помощью второго перемножителя, выполняющего роль коммутатора, на выходе функционального генератора формируется (фиг. 2, д) гармонический сигнал N2(t).To obtain the signal U (x) shown in FIG. 2d, it is necessary to add a bias voltage to the signal Z 2 (x) (Fig. 2, c), the value of which is E CM = -E 0 . Then, using the second multiplier, acting as a switch, a harmonic signal N 2 (t) is generated at the output of the functional generator (Fig. 2e).

Дальнейшая оптимизация проводилась на математической модели с помощь программы PSIM 9. Оптимизация коэффициентов и измерение нелинейных искажений производились с помощью блока (THD - Total harmonic distortion) программы PSIM 9. При оптимальных значениях коэффициентов k1opt=0,0663 и k2opt=0,1853 коэффициент нелинейных искажений kƒ формируемого сигнала N2(t) составил 0,016%, при этом значение коэффициента k3opt=1,2516.Further optimization was carried out on a mathematical model using the PSIM 9 program. The coefficients were optimized and the nonlinear distortion measurements were performed using the PSIM 9 block (THD - Total harmonic distortion). At the optimal values of the coefficients k 1opt = 0.0663 and k 2opt = 0.1853 the harmonic distortion coefficient k ƒ of the generated signal N 2 (t) amounted to 0.016%, while the value of the coefficient k 3opt = 1.2516.

Эффективность предлагаемого решения можно определить с помощью коэффициента γ=kƒ0/kƒ, где kƒ0=0,072% - коэффициент нелинейных искажений в устройстве, взятом за прототип. Следовательно, эффективность γ=0,072/0,0166=4,5. Таким образом, в результате введения двух новых простых элементов (вычислитель модуля 7 и инвертор 8), а также в результате проведенной оптимизации коэффициентов передачи сумматора 6 нелинейные искажения уменьшились почти в пять раз.The effectiveness of the proposed solution can be determined using the coefficient γ = k ƒ 0 / k ƒ , where k ƒ 0 = 0.072% is the coefficient of non-linear distortion in the device taken as a prototype. Therefore, the effectiveness of γ = 0,072 / 0,0166 = 4,5. Thus, as a result of the introduction of two new simple elements (the calculator of module 7 and the inverter 8), as well as the result of the optimization of the transfer coefficients of the adder 6, the nonlinear distortions decreased by almost five times.

Формирователь гармонического сигнала обладает высоким быстродействием, поскольку в его составе нет реактивных элементов, определяющих динамические характеристики.The harmonic signal generator has high speed, since it does not contain reactive elements that determine the dynamic characteristics.

На фиг. 3 представлены графики изменения выходных сигналов N1(t), N2(t) и N3(t) при переключении управляющего напряжения ЕУ (фиг. 3, а) в десять раз (на одну декаду), откуда следует, что переход с одной частоты на другую происходит без переходных процессов, что является существенным достоинством предлагаемого формирователя.In FIG. 3 shows graphs of changes in the output signals N 1 (t), N 2 (t) and N 3 (t) when switching the control voltage E Y (Fig. 3, a) ten times (one decade), from which it follows that the transition from one frequency to another occurs without transients, which is an essential advantage of the proposed shaper.

Claims (1)

Функциональный генератор, содержащий задающий генератор, первый и второй квадраторы, первый и второй перемножители и сумматор, выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, второй вход которого подключен ко второму выходу задающего генератора, первый выход которого соединен с входом первого квадратора, между выходом которого и вторым входом сумматора включен второй квадратор, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены соответственно с первым выходом задающего генератора, с выходом второго перемножителя и вторым выходом задающего генератора, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной функционального генератора, причем четвертый вход сумматора соединен с шиной опорного напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены вычислитель модуля и инвертор, включенный между выходом первого квадратора и третьим входом сумматора, а вычислитель модуля включен между выходом первого перемножителя и первым входом сумматора.A functional generator containing a master oscillator, first and second quadrators, first and second multipliers and an adder, the output of which is connected to the first input of the second multiplier, the second input of which is connected to the second output of the master generator, the first output of which is connected to the input of the first quadrator, between the output of which and the second input of the adder includes a second quadrator, while the first, second and third outputs of the functional generator are connected respectively to the first output of the master oscillator, with an output of w of the second multiplier and the second output of the master oscillator, the control input of which is connected to the control bus of the functional generator, the fourth input of the adder connected to the voltage reference bus, characterized in that it additionally includes a module calculator and an inverter connected between the output of the first quadrator and the third input of the adder , and the module calculator is connected between the output of the first multiplier and the first input of the adder.
RU2016136624A 2016-09-12 2016-09-12 Functional generator RU2625555C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136624A RU2625555C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Functional generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016136624A RU2625555C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Functional generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625555C1 true RU2625555C1 (en) 2017-07-14

Family

ID=59495478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016136624A RU2625555C1 (en) 2016-09-12 2016-09-12 Functional generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625555C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761109C1 (en) * 2021-03-29 2021-12-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Two-phase harmonic signal generator
RU2778459C1 (en) * 2022-03-09 2022-08-19 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Two-phase harmonic signal generator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398153A (en) * 1981-05-06 1983-08-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Harmonic generator
US5838210A (en) * 1997-12-01 1998-11-17 Motorola, Inc. Method and apparatus for generating a modulated signal
WO2000074233A1 (en) * 1999-05-26 2000-12-07 Broadcom Corporation System and method for linearizing a cmos differential pair
US20020145475A1 (en) * 2001-04-10 2002-10-10 Apa Wireless Technologies Dual conversion RF synthesizer utilizing improved push-push VCO design
RU2222048C2 (en) * 2002-02-26 2004-01-20 Пензенский технологический институт Functional generator
RU2582557C1 (en) * 2015-01-22 2016-04-27 Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" Function generator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398153A (en) * 1981-05-06 1983-08-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Harmonic generator
US5838210A (en) * 1997-12-01 1998-11-17 Motorola, Inc. Method and apparatus for generating a modulated signal
WO2000074233A1 (en) * 1999-05-26 2000-12-07 Broadcom Corporation System and method for linearizing a cmos differential pair
US20020145475A1 (en) * 2001-04-10 2002-10-10 Apa Wireless Technologies Dual conversion RF synthesizer utilizing improved push-push VCO design
RU2222048C2 (en) * 2002-02-26 2004-01-20 Пензенский технологический институт Functional generator
RU2582557C1 (en) * 2015-01-22 2016-04-27 Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных объединений" Function generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761109C1 (en) * 2021-03-29 2021-12-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Two-phase harmonic signal generator
RU2778459C1 (en) * 2022-03-09 2022-08-19 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Two-phase harmonic signal generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU127554U1 (en) SQUARE SHAPER
RU2622866C1 (en) Triangular waveform generator
RU2534939C1 (en) Function generator
RU2625555C1 (en) Functional generator
RU108247U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
RU2541147C1 (en) Function generator
RU2536387C1 (en) Triangular signal former
RU101291U1 (en) FUNCTIONAL GENERATOR
RU2582557C1 (en) Function generator
RU2582556C1 (en) Functional quadrature signal generator
RU196044U1 (en) 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE
RU2554571C1 (en) Function generator
US3430855A (en) Coordinate axis converter employing a function generator
RU205765U1 (en) ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL FORMER
RU83670U1 (en) ADDITIVE TRIANGULAR SIGNAL SHAPER
RU190822U1 (en) HARMONIC FREQUENCY DOUBLE
RU206703U1 (en) FREQUENCY MORNER
RU2555241C1 (en) Function generator
RU104799U1 (en) MANAGED GENERATOR
RU2628434C1 (en) Triangular waveform generator
RU206287U1 (en) FREQUENCY MORNER
RU225745U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER
RU206073U1 (en) CONTROLLED PHASE RETURNER
RU205756U1 (en) ORTHOGONAL TO TRIANGULAR SIGNAL CONVERTER WITH MULTIPLICATION
RU208079U1 (en) CONTROLLED PHASE REFRACTOR

Legal Events

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

Effective date: 20180913