АДДИТИВНЫЙ 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.
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.
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.
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
0
1
0
где А - амплитуда, а ω - круговая частота сигнала S(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением ω=2πf.
На второй вход 7 формирователя, а, следовательно, на вход второго двухполупериодного выпрямителя 2 подается сигнал
1
сдвинутый по отношению к сигналу S(t) на угол π/2.
1
2
Двухполупериодные выпрямители 1 и 2 обеспечивают (фиг.2) получение модулей сигналов S(t) и S(t):
которые поступают, соответственно, на первый неинвертирующий и второй инвертирующий входы вычитателя 3.
На выходе вычитателя 3 будет сформирован (фиг.2) сигнал
1
2
1
2
синт
3
4
где α и α - коэффициенты передачи вычитателя 3 по первому неинвертирующему и второму инвертирующему входам, соответственно. При α=α=1 амплитуда сигнала S(t) будет равна амплитуде А входных сигналов S(t) и S(t).
1
синт
0
1
2
На фиг.2 графики построены для нормированного значения А=1. Частота основной гармоники ω синтезированного сигнала треугольной формы S(t), равна удвоенному значению частоты ω, квадратурных сигналов S(t) и S(t), то есть происходит умножение частоты на два.
синт
На участках «прямого хода» (интервал от нуля до π/2), и «обратного хода» (интервал от π/2 до π) сигнал S(t) имеет S-образные характеристики, то есть является «квазилинейным».
синт
1
эт
синт
эт
Для оценки нелинейности синтезированного сигнала S(t) вычислим отклонение ε(t)=S(t)-S(t), где S(t) - идеальный сигнал, который на интервалах от нуля до π/2 и от π/2 до π, то есть в пределах одного периода выходного сигнала, можно описать с помощью следующего выражения:
эт
где k - номер интервала (k=1 для участка «прямого хода») и k=2 для участка «обратного хода») эталонного сигнала S(1);
0
Θ=ωt - значение фазового угла.
1
0
1
1
График зависимости ε(t) от угла Θ=ωt приведен на фиг.3. Максимальное отклонение ε(t) по модулю превышает 4% (ε=42,5 мВ при нормированном значении амплитуды А=1000 мВ).
комп.
1
синт
вых
эт
комп.
Если сформировать (Фиг.4) компенсирующий сигнал S(t), в точности совпадающий по форме и величине с сигналом ошибки ε(t), а затем сложить его с сигналом S(t), то результирующий сигнал S(t) будет в точности равен эталонному сигналу S(t). Задачу формирования компенсирующего сигнала S(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.
y.
y.
0
1
С выхода амплитудного компаратора 12 сигнал прямоугольный сигнал E(t) либо с уровнем «Лог.0», либо с уровнем «Лог.1» поступает на управляющий вход коммутатора 14. Частота сигнала E(t) равна удвоенной частоте ω входного сигнала S(t).
6
0
2
На выходе квадратора 11 формируется сигнал S(t)=cos(ωt), который поступает на второй вход умножителя 10, на выходе которого сигнал
7
5
В результате вычитания двух сигналов S(t) и S(t) на выходе вычитателя 13 будет сигнал
3
4
где α и α - коэффициенты передачи вычитателя 13, соответственно, по первому и второму входам.
0
1
Из (8) следует, что на выходе вычитателя 13 происходит умножение частоты ω входного сигнала S(t) на четыре (фиг.3).
y
8
В коммутаторе 14 под действием управляющего (модулирующего) сигнала E.(t) происходит фазовая модуляция сигнала S(t). Форма модулированного
1
сигнала (фиг.5) на выходе коммутатора практически повторяет форму сигнала ошибки ε(t).
вых
синт
комп.
На выходе сумматора 4 формируется сигнал S(t), являющийся суммой синтезированного «квазилинейного» сигнала S(t) и компенсирующего сигнала S(t):
5
6
5
6
где α и α - коэффициенты передачи сумматора 4, соответственно, по первому и второму входам. Оптимальное значение коэффициентов α=1 и α=0,0425.
комп.
1
2
2
вых
синт
Поскольку компенсирующий сигнал S(t) незначительно отличается (фиг.4) от сигнала ошибки ε(t), то остаточная погрешность ε(t) значительно меньше (Фиг.3) погрешности ε(t) и выходной сигнал S(t) обладает большей линейностью (Фиг.5) по сравнению с исходным сигналом S(t).
Использование предлагаемой полезной модели позволит значительно улучшить линейность формируемого сигнала треугольной формы.