ФОРМИРОВАТЕЛЬ СИГНАЛА ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

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.
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.
В формирователе используется фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг на угол 90 электрических градусов, но только для одного фиксированного значения частоты входного сигнала. При переходе на другую частоту необходима перестройка постоянной времени фазосдвигающей RC-цепочки за счет изменения параметров емкости С или резистора R. Серьезным недостатком является также значительная нелинейность формируемого сигнала треугольной формы на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.
Известно устройство [Патент РФ №81859 «Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы»], содержащее широкодиапазонный амплитудно-независимый фазовращатель (выполненный из операционного усилителя, неуправляемого и кодоуправляемого двухполюсников), блока управления, двух вычислителей модуля и сумматора, на выходе которого формируется сигнал квазитреугольной формы. Реактивные элементы (емкости индуктивности или их имитаторы), входящие в состав двухполюсников, значительно ухудшают динамику формирователя, то есть «затягивают» установление переходного процесса, что наряду со сложностью практической реализации отдельных блоков можно считать определенными недостатками устройства. Кроме того, на выходе устройства формируется сигнал, не обладающий высокими метрологическими характеристиками, то есть высокой линейностью.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, аддитивный формирователь сигнала треугольной формы [Патент РФ №83669 «Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы»], содержащий первый и второй вычислители модуля (выполненные из двухполупериодных выпрямителей), блок коррекции, вычитатель и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, первый вход которого соединен с входом первого вычислителя модуля и первым входом блока коррекции, а второй вход - с входом второго вычислителя модуля и вторым входом блока коррекции, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго вычислителей модулей.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей путем формирования линейно изменяющегося сигнала от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет того, что в него дополнительно введены блок извлечения квадратного корня и вычитатель, что позволило получить линейно изменяющийся сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Указанный технический результат достигается тем, что в формирователь сигнала треугольной формы, содержащий квадратор, вычислитель модуля, два вычитателя и сумматор, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом квадратора и входом вычислителя модуля, к выходу которого подключен неинвертирующий вход первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом сумматора, дополнительно введены третий вычитатель и блок извлечения квадратного корня, включенный между выходом третьего вычитателя и инвертирующим входом первого вычитателя, причем выход квадратора соединен с инвертирующими входами второго и третьего вычитателей, неинвертирующие входы которых объединены между собой и подключены к шине опорного напряжения, при этом выход второго вычитателя соединен со вторым входом сумматора.
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 блока извлечения квадратного корня и вычитателя, а также организация новых связей между элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на выходе сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника, частота которого изменяется в широком диапазоне.
Полезная модель поясняется структурными схемами аддитивного формирователя сигнала треугольной формы (фиг.1) и графиками (фиг.2), поясняющими принцип формирования выходного сигнала.
Формирователь сигнала треугольной формы, содержит квадратор 1, вычислитель модуля 2, первый 3 и второй 4 вычитатели, сумматор 5, третий вычитатель 6 и блок извлечения квадратного корня 7, при этом выход сумматора 5 соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом квадратора 1 и входом вычислителя модуля 2, к выходу которого подключен неинвертирующий вход первого вычитателя 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 5, блок извлечения квадратного корня 7 включен между выходом третьего вычитателя 6 и инвертирующим входом первого вычитателя 3, выход квадратора 1 соединен с инвертирующими входами второго и третьего вычитателей, неинвертирующие входы которых объединены между собой и подключены к шине опорного напряжения, при этом выход второго вычитателя соединен со вторым входом сумматора.
Формирователь сигнала треугольной формы работает следующим образом.
0
На вход формирователя (фиг.1), а, следовательно, на вход вычислителя модуля 1 и вход квадратора 2 подается (рис.2,а) сигнал , где А - амплитуда, а ω - круговая частота сигнала V(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением .
При нормированном значении амплитуды А=1 на выходе квадратора 1 формируется сигнал , а на выходе вычислителя модуля 2 - сигнал .
оп
оп
Величина опорного напряжения Е выбирается равной нормированному амплитудному значению входного сигнала V(t), то есть Е=А=1. В этом случае на выходе второго вычитателя 4 сигнал
3
4
где k и k - коэффициенты передачи, соответственно, по неинвертирующему и инвертирующему входам второго вычитателя 4.
3
4
При k=1 и k=2 сигнал
то есть на выходе второго вычитателя 4 формируется гармонический сигнал  косинусоидальной формы, частота которого в два раза выше частоты входного сигнала V(t).
На выходе третьего вычитателя 6 сигнал
5
6
где k и k - коэффициенты передачи, соответственно, по неинвертирующему и инвертирующему входам третьего вычитателя 6.
5
6
При k=k=1 сигнал
На выходе блока извлечения квадратного корня 7 формируется модуль сигнала .
1
2
1
2
Коэффициенты передачи k и k по неинвертирующему и инвертирующему входам первого вычитателя 3 выбираются равными единице k=k=1, поэтому при суммировании сигналов  и  на выходе первого вычитателя 3 будет сформирован (рис.2,б) квазилинейный сигнал треугольной формы , имеющий S-образные характеристики, как на участке прямого, так обратного хода.
Качество синтезированного сигнала  значительно улучшается (рис.2,в) с помощью корректирующего сигнала . В этом случае выходной сигнал
где α и β - коэффициенты передачи, соответственно, по первому и второму входам сумматора 5.
При выборе оптимальных значений коэффициентов α=1,26 и β=0,26 линейность формируемого сигнала N(t) значительно повышается (остаточная погрешность уменьшается примерно в 20 раз).
Использование предлагаемой полезной модели позволит получить линейно изменяющийся сигнал треугольной формы с высокими метрологическими характеристиками от однофазного источника гармонических колебаний, частота которого изменяется в широком диапазоне.