Способ построения управляемых функциональных генераторов

Способ построения управляемых функциональных генераторов

Рассмотрены широко применяемые структурные схемы построения управляемых функциональных генераторов и выявлены их недостатки. Анализ исходного синтезированного сигнала показал, что имеются значительные (Б-образной формы) отклонения его от идеального сигнала как на нарастающем, так и на спадающем участках. Получены аналитические выражения для вычисления спектральных составляющих синтезированного сигнала. Предложен новый способ линеаризации аддитивного сигнала и получено аналитическое выражение для нахождения оптимального значения "выравнивающих" коэффициентов, позволяющих значительно повысить линейность синтезированного сигнала. Рассчитаны усредненные значения "выравнивающих" коэффициентов для линеаризации сигнала треугольной формы. Это позволило ускорить поиск оптимальных коэффициентов, значительно улучшающих метрологические характеристики формируемого сигнала треугольной формы. Аналитически и на программной модели доказано, что при выравнивании по 5-ой гармонике остаточная погрешность уменьшается более чем в 20 раз. Предлагаемый способ построения функционального генератора позволяет получить сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками (с минимальными искажениями и стабильными амплитудами). Используемые Ключевые слова: структура схема., ба3овый решения защищены несколькими патентами Российской Федерации. Построенный таким обра-

блок, квадратурные сигналыI, линеаризация, зом функциональный генератор может найти применение в прецизионных устройствах радио-

оптимальные коэффициенты. электроники, автоматики, системах связи.

Дубровин В.С.,

ФГБОУ ВПО "Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва", доцент кафедрыі инфокоммуникационных технологий и систем связи, vsdubrovin 13@mail.ru

Никулин В.В.,

ФГБОУ ВПО "Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва", зав. кафедрой инфокоммуникационных технологий и систем связи, nikulinvv@mail.ru

Постановка задачи

Функциональный генератор (ФГ) представляет собой устройство, на выкоде которого формируются сигналы различных форм, и в котором сигнал синусоидальной формы получают из сигнала треугольной формы путем специального функционального нелинейного преобразования [1]. Функциональные генераторы находят широкое применение в качестве измерительных генераторов, свип-генераторов, генераторов радиоимпульсов и др. Управляемые функциональные генераторы (УФГ) находят широкое применение в радиоэлектронике, автоматике, системах связи. Выкодные сигналы УФГ должны иметь, как правило, высокие метрологические характеристики:

минимальный коэффициент искажений для гармонического сигнала и высокую линейность для формируемого сигнала треугольной формы.

В классической структурной схеме [1] простейшего УФГ (рис. 1) интегратор (И), релейный элемент (РЭ) и управляемый делитель (Д), замкнутые в кольцо, образуют автоколебательную систему, на выкодах которой формируется сигнал треугольной формы 8^) и биполярный сигнал прямоугольной формы £2(Г). Квазигармонический сигнал синусоидальной формы 83(Г) образуется на выкоде формирователя Ф, подключенного к выкоду интегратора. Изменение частоты генерируемых сигналов производится с помощью управляющего напряжения ЕУ

В современных ФГ, где необходимо преобразовать форму сигнала из треугольной в

синусоидальную, наибольшее распространение получили диодные функциональные преобразователи (ДФП), а также преобразователи с использованием ВАХ полевык транзисторов, в основе который лежит принцип кусочно-линейной (КЛА), либо кусочно-нелинейной (КНА) аппроксимации напряжения синусоидальной формы [1].

Однако, весь спектр основных требований (малыш коэффициент гармоник, отсутствие постоянной составляющей в сигнале синусоидальной формы, широкий диапазон рабочих частот, инвариантность к изменениям амплитуды сигнала треугольной формы и т.д.) достаточно сложно обеспечить при использовании ДФП.

В работах [2-4] предлагается иной способ построения УФГ (рис. 2), основу которого составляет аддитивный формирователь сигнала треугольной формы.

Рис. 2. Структурная схема УФГ: ИКС - источник квадратурных сигналов; Ф1 - аддитивный формирователь сигнала треугольной формы; Ф2 - формирователь биполярного сигнала прямоугольной формы; ФЗ - формирователь гармонического сигнала

Источник квадратурных сигналов (ИКС) формирует квадратурные гармонические сигналы V|(/) и из кото-

рых в дальнейшем с помощью преобразователя Ф1 формируется сигнал квазитреугольной формы £)(/). Формирование биполярных сигналов прямоугольной формы $>(/) производится с помощью блока Ф2. Частота выходных сигналов 5|(/) и 5,2(/) равна удвоенной частоте исходных квадратурных сигналов УМ и И2(0< поэтому формирователь ФЗ предназначен для получения гармонического синусоидального сигнала £}(/) удвоенной частоты.

Выбор структурной схемы УФГ зависит, прежде всего, от требований, предъявляемых к форме выходных сигналов, а также от сложности построения отдельных устройств, входящих в состав УФГ и наличия дополнительных сервисных возможностей создаваемого генератора.

Для многих приложений требуются сигналы синусоидальной формы с минимальными нелинейными искажениями, что наиболее просто обеспечивается в схеме показанной на рис. 2. Кроме того, в этой схеме формируются также квадратурные гармонические сигналы, что обеспечивает дополнительные сервисные возможности УФГ.

Схемотехнические решения проектирования управляемых источников квадратурных сигналов с высокими метрологическими характеристиками достаточно хорошо отработаны [5-16]. Для формирования квадратурных сигналов У[(1) и У2(I) может использоваться либо генератор квадратурных сигналов (ГКС) [5-10], либо различные фазовращающие цепи [11-16]. Главное требование, предъявляемое к ГКС - стабильность амплитуд во всём частотном диапазоне и незначительные нелинейные искажения выходных сигналов. Основное требование к фазовращающим цепям — стабильность фазовых сдвигов во всём диапазоне изменения частоты выходного сигнала.

Однако сигнал 5,(0, формируемый с помощью только квадратурных составляющих У\(1) и К2(/) имеет сравнительно невысокую линейность как на участке нарастающего, так и на участке спадающего напряжений. В работах [17-27] предлагаются различные способы линеаризации формируемого сигнала треугольной формы для УФГ, построенных на принципе формирования линейно-изменяющегося сигнала из двух гармонических сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 эл. град.

Метод решения

Новая идея формирования квазилинейного сигнала из двух гармонических сигналов, сдвинутых друг относительно друга на угол 90 эл. град., заключается в том, что с помощью двух вычислителей модулей и суммирующего блока форми-

руется синтезированный сигнал 5-образной формы, как на участке прямого хода (нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (спадающее напряжение), а затем с помощью специального блока коррекции значительно увеличивается линейность формируемого сигнала.

Рассмотрим более подробно способ повышения линейности синтезированного сигнала [2, 20]. Структурная схема аддитивного формирователя линейно-изменяющегося напряжения приведена на рис. 3. Базовый блок (ББ), представляющий собой аддитивный формирователь, содержит два вычислителя модуля и сумматор. На входы ББ подаются квадратурные гармонические сигналы: 5,(/) = А 5Ш(й)0/) и

^2О) = А соъ(а)^), где А - амплитуда, а (ц - круговая частота квадратурных сигналов. Блок коррекции (БК) содержит два квадратора (КВ) и сумматор.

Рис. 3. Структу рная схема аддитивного формирователя

Структурная схема, изображённая на рис. 3 предназначена лишь для пояснения принципа формирования следующих сигналов: синтезированного 5С|ШТ.(/), коррекции .5кор(/) и выходного -9них.(/).

Реальная схема формирователя может быть упрощена, если вместо трёх сумматоров использовать один блок суммирования-вычитания (рис. 4), а в качестве квадраторов использовать перемножители сигналов с объединёнными входами.

Рис. 4. Преобразованная структурная схема

Временные диаграммы, поясняющие принцип формирования синтезированного «квазилинейного» сигнала треугольной формы, приведены на рис. 5.

Графики построены для нормированного значения амплитуд А = 1. Очевидно, что частота основной гармоники Г2(| синтезированного сигнала равна удвоенному значению

частоты щ квадратурных сигналов, то есть О0 = 20)0.

1.0

Й/2

-Й/2

8

8.

/ / о. / ш \

-Я/4 3 0 / Х&о V. Я/4 ЛЯ/2 ЗЯ/4 3

(У

Ті Ті Гг

и -4

ипснт. — — 71

и „ 71

ГТ. — Пленит. = -----г-----5ІП( П----) •

;г(4и'-1) 2

о

я.(1) I

І Яснім

я.чо

блок

КОРРЕКЦИИ

Бюр

-4>

Бшх.Ю С '1

у—

Рис. 6. Расчётная схема

Сигнал ошибки е\(/) определяется как разность между входными сигналами сумматора:

<?,(/) = ?„(')-5ош,.(/)-

Остаточную пофешность е2(1) можно вычислить с помощью следующей формулы:

е2 (/) = 5,т.(/)-5,,ых.(/).

Перейдя к исходной системе координат, вычислим коэффициенты разложения впС| функции е\ = Дх) в ряд Фурье с помощью формулы:

4т/гГ 4 . "I ,_ч

л \

Используя (7), получим формулу для вычисления амплитуд А,н.| спектральных составляющих:

8

4 "г

аж\ =- I

ТТ •>

4-. =

' ЧА  .г[1+(Л--4)"2Ь<П(«^).

7Г~п~(Лп~-\) 2

Рис. 5. Временные диафаммы принципа формирования сигнала треугольной формы

Для разложения синтезированного сигнала 5СШ11,(0 в ряд Фурье по синусным составляющим перенесём систему координат из точки О в точку 0| (рис. 5). Для интервала Т\ справедлива следующая система уравнений:

5с„,п.

где х = <у/ - текущее значение угла.

Для первого интервала Г, =Т\/2 (от 0 до л/4) получим следующую систему уравнений:

= 5Іп(лН-л/4); 5:(дг) = -со$(х+л/4);

Р\

а для второго интервала г, =Т2/2 (от л/4 до л/2):

5|(дг) = 5Іп(дг+л/4); 53(х) = со5(лг+л/4);

Г2

Коэффициенты разложения а„С1ШГ = 0, а коэффициенты Ь,кит найдём с помощью общеизвестной формулы:

/г/4 л72

О ІГІ4 ]

где п =1,3,5,...

После элементарных преобразований получим формулу для вычисления амплитуд гармонических составляющих синтезированного сигнала:

8

На рис. 7 приведены графические зависимости распределения спектральных составляющих в логарифмическом масштабе для эталонного 531(/) и синтезированного 5СИ1ГГ(/) сигналов.

1-ДБ

1_зт

1-сиит /

Для идеального (эталонного) сигнала £„.(/) треугольной формы после разложения в ряд Фурье по синусным составляющим получим:

Аяп. = 5т

7Г п 2

Для качественной оценки синтезируемого сигнала и оптимального выбора коэффициентов корректирующего блока воспользуемся расчётной схемой (рис. 6).

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 п

Рис. 7. Распределение спектральных составляющих

эталонного и синтезированного сигналов

Из анализа графиков (рис. 7) и выражений (5) и (6) следует, что линии тренда для высших гармоник эталонного и синтезированного сигналов практически совпадают (при и‘»1). Отличия наблюдаются лишь для первых наиболее сильных нескольких гармоник, например, амплитудные значения Л|СН1П.= 8/(Зл) = 0,849; А\у, = 8/(;Г) = 0,811.

Различие в амплитудных составляющих удобно оценивать с помощью соответствующих коэффициентов «выравнивания» ап = л,пТ1А,кт„;

4и: -1

а, = -

ш

Для первой гармоники коэффициент а=Ъ!гс =0,9549, а для высших гармонических составляющих значения (ССг « 41тг = 1,2732), то есть значения коэффициента «„практически не зависят от номера гармоники (при гг »1).

Данное обстоятельство позволяет построить простой и эффективный блок коррекции, значительно улучшающий качество (линейность) исходного синтезированного сигнала ЗсиитХО- Например, для того чтобы произвести выравнивание спектральных составляющих сигналов по пятой гармонике (Л5синг= 4$эт.) необходимо умножить синтезированный сигнал 5СИНТ (/) на коэффициент а,. Очевидно, что при этом все

остальные высшие гармоники также возрастут и приблизятся к соответствующим значениям высших гармонических составляющих эталонного сигнала (рис. 8).

Рис. 8. Распределение спектральных составляющих эталонного и синтезированного сигналов с учётом коэффициента выравнивания по пятой гармонике

Очевидно также, что и первая гармоника Л|СИ,„. при этом также возрастёт, превысив и без того завышенное значение в синтезированном сигнале.

На первом этапе оптимизации в качестве исходного «выравнивающего» коэффициента было принято среднее значение а ср = (ОТ, + (Хп )/2 = 1,2556, а затем найдено оптимальное значение коэффициента <Хтш  Затем проведена оптимизация этого значения, исходя из условия минимизации ошибки скорректированного сигнала. Найденное оптимальное значение ССопт = 1,2612 практически совпадает с коэффициентом выравнивания по пятой гармонике « = 1,2605. Таким образом, для практических расчётов можно принять за оптимальное значение коэффициента а пт 1,26.

Принцип компенсации нелинейности синтезированного сигнала 5СИНТ(0 поясняет рис. 9.

Рис. 9. Принцип компенсации нелинейности синтезированного сигнала

Для формирования выходного сигнала 5ВЬ|Х.(/) синтезированный сигнал 5СИН1(/) необходимо умножить на рассчитанный коэффициент (Хопт , затем сформировать с помощью блока

коррекции компенсирующий гармонический сигнал с частотой, равной удвоенному значению частоты входных сигналов: 5„,.

и произвести их суммирование: 5ВЫХ.(/) = (Хопт ЯсшпСО + ^кор.(/)- Для сохранения равенства амплитудных значений

эталонного и выходного сигнала необходимо выполнить следующее условие: /} =

Результаты аналитического анализа и математического моделирования по определению погрешностей синтезированного сигнала представлены на рис. 10. Из анализа графической зависимости е |= (создг - + 4д-//г-1) следует, что

максимальное отклонение е|т!1Х (при нормированном значении амплитуды А* = ЮООмВ) равно 42,5 мВ, что составляет примерно 4% (рис. 10а). Результаты коррекции (при выравнивании по пятой гармонике) представлены на рис. 1 Об, откуда следует, что остаточная погрешность е2 уменьшается более чем в 20 раз.

Рис. 10. Погрешность синтезированного сигнала

Полученные результаты

1. Рассмотрены структурные схемы построения управляемых функциональных генераторов, предложен способ линеаризации синтезированного сигнала квазитреугольной формы.

2. Получены аналитические выражения для вычисления спектральных составляющих синтезированного сигнала.

3. Получено аналитическое выражение для нахождения оптимального значения «выравнивающего» коэффициента, позволяющего значительно повысить линейность синтезированного сигнала.

4. Рассчитаны оптимальные значения коэффициентов, позволяющие значительно повысить метрологические характеристики формируемых сигналов.

5. Доказано, что при выравнивании по 5-ой гармонике остаточная погрешность уменьшается более чем в 20 раз.

6. Предлагаемый способ построения функционального генератора позволяет получить сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы с высокими метрологическими характеристиками (с минимальными искажениями и стабильными амплитудами).

7. Функциональный генератор может найти применение в прецизионных устройствах радиоэлектроники, автоматики, системах связи.

Литература

1. Ноткин Л.Р. Функциональные генераторы и их применение / Л. Р. Ноткин. - М.: Радио и связь, 1983. - 184 с.

2. Патент 101291 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО») -№2010137125/09; заявл. 06.09.10; опубл. 10.01.11, Бюл. № 1. - 7 с.

3. Патент 104402 Российская Федерация. МПК7 Н 03 В 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин А.М. Заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образователь-

ное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). -№2011100735/09; заявл. 12.01.11; опубл. 10.05.11, Бюл. № 13.-8 с.

4. Дубровин B.C. Принципы построения функциональных генераторов [Электронный ресурс] / B.C. Дубровин // Электроника и электронные технологии. - Электрон, журн. - 2010. - Вып. 2 (9). - Режим доступа: http://fetmag.mrsu.ru./2010-2/pdf/Oscillator.pdf, свободный. - 0421000067/0063. - Дата обращения: 11.07.2013.

5. Дубровин B.C. Генератор ортогональных сигналов / B.C. Дубровин // Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов: сб. ст. V Всеросийской научнотехнической конференции - Пенза, 2007. - С. 154-156.

6. Патент 127554 Российская Федерация, МПК7 Н 03 В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научнообразовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). — №2012138489/08; заявл. 07.09.12; опубл. 27.04.13, Бюл. № 12,- 1 с.

7. Дубровин B.C. Формирователь квадратурных сигналов / B.C. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012.-Вып. 2 (2).-С. 35-38.

8. Дубровин B.C. Многоконтурная система стабилизации управляемого генератора / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика, 2013. -№ 1.-С. 74-82.

9. Дубровин B.C. Управляемый формирователь квадратурных гармонических сигналов / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2013. -№ 1 (17). - С. 5-11.

10. Дубровин B.C. Управляемый квадратурный генератор с многоконтурной системой стабилизации / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Проблемы передачи информации в инфокоммуникацион-ных системах: материалы Всероссийской научно-практической конференции, г. Волгоград, 22 мая 2013 г. - С. 33-37.

11. Дубровин B.C. Управляемые фазовращатели / B.C. Дубровин // Южно-сибирский научный вестник. - Бийск, 2012. - С. 38-41.

12. Дубровин B.C. Применение фазовращающих цепей при построении многофазных генераторов гармонических сигналов [Электронный ресурс] / B.C. Дубровин // Электроника и электронные технологии. - Электрон, журн. - 2011. - Вып. 1 (10). - Режим доступа: http://fetmag.mrsu.ru./201 l-1/pdf/Phase-Shift.pdf, свободный. -0421100067/0009. - Дата обращения: 11.07.2013.

13. Дубровин B.C. Управляемые фазовращатели / B.C. Дубровин // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: межвузовский сборник - Бийск, 2011.-Вып. 1.-С. 38-41.

14. Дубровин B.C. Аналого-цифровые способы формирования ортогональных сигналов / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Методы и средства управления технологическими процессами: МСУТП-2007: материалы IV Междунар. конф., Саранск, 24-26 окт. 2007. — Саранск, 2007. - С. 234-236.

15. Никулин В.В. Фильтры устройств связи: учебное пособие. В 2 ч. Ч. 1. Аналоговые электрические фильтры / В.В. Никулин, О.А. Захаржевский, B.C. Дубровин. - Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2010.-108 с.

16. Дубровин B.C. Преобразователь напряжения с кодоуправляемыми резисторами / B.C. Дубровин // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: (межвузовский сборник научных трудов). — Саранск, 2007. - Вып. 7. - С. 3-6.

17. Патент 81859 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аналого-цифровой аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообла-

датель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). -№ 2008146321/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. № 9. - 12 с.

18. Патент 81860 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»). - № 2008146300/22; заявл. 24.11.08; опубл. 27.03.09, Бюл. №9.-6 с.

19. Патент 83669 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»), - № 2009103327/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. № 16.-8 с.

20. Патент 83670 Российская Федерация, МПК7 Н 03 К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин А.М.; заявитель и патентообладатель Негосударственное научно-образовательное учреждение «Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций» (ННОУ «Саранский Дом науки и техники РСНИИОО»), - № 2009103333/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. № 16. - 3 с.

21. Дубровин B.C. Спектральный анализ квазилинейного сигнала треугольной формы / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // XXXVII Огарёвские чтения: материалы научной конференции - Саранск, 2009. - Ч. 3: Технические науки. - С. 134-136.

22. Дубровин B.C. К расчету спектральных составляющих ли-нейно-изменяющегося синтезированного сигнала / B.C. Дубровин, В. В. Никулин // Технические и естественные науки: проблемы, теория, практика: межвуз. сб. науч. тр. - Саранск, 2009. -Вып. 10.-С. 8-14.

23. Дубровин B.C. Принципы построения, анализ и синтез формирователей аддитивных сигналов треугольной формы / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Современные проблемы и эксплуатации радиотехнических систем: труды шестой Всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ), г. Ульяновск, 22-23 сентября 2009 г. - Ульяновск, 2009. - С. 84-87.

24. Дубровин B.C. Способ линеаризации аддитивного сигнала треугольной формы / B.C. Дубровин, А.М. Зюзин // Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании: сб. ст. XXIII Международной научнотехнической конференции. - Пенза, 2009. - С. 182-184.

25. Дубровин B.C. Определение погрешности линеаризации синтезированного линейно-изменяющегося сигнала в среде LabView / B.C. Дубровин, М.В. Ильин // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: сборник трудов восьмой Международной научнопрактической конференции, Москва, 20-21 ноября 2009 г. - М., 2009.-С. 226-228.

26. Дубровин B.C. Модель для оптимизации параметров синтезированного сигнала / B.C. Дубровин, Е.А. Сайгина // Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. - Ростов на-Дону, 2011. - С. 234-236.

27. Дубровин B.C. Оптимизация коэффициентов «выравнивания» формирователя линейно-изменяющегося сигнала [Электронный ресурс] / B.C. Дубровин, В.В. Никулин // Электроника и электронные технологии. - Электронный журнал, 2009. - Спец. вып. 6. http://fetmag.mrsu.ru./2009 2/pdf/l inear signal_generation.pdf, свободный. - 0420900067/0064. - Дата обращения: 11.07.2013.

Method of construct'd of controlled fundion generator

Dubrovin Viktor Stepanovych, Mordovia State University. Ogarev, Associate Professor of department of information and communication technologies and communication systems, dvs8937@saransk.ru

Nikulin Vladimir Valerievich, Mordovia State University. Ogarev, Head of the department of information and communication technologies and communication systems, nikulinvv@mail.ru

Abstract

The article discusses widely used building block diagrams on controlled function generators and reveals their shortcomings. Analysis of the source to synthesize the signal showed that there were significant (S-shaped) deviations from the reference it as on the rising and in the falling part. We obtained analytical expressions for the calculation of the spectral components of the synthesized signal. A new method of linearization of the additive signal and analytical expressions for finding the optimal value of the "smoothing" factor that enables it to significantly improve the linearity of the synthesized signal was obtained. Averaged values of "leveling" of the coefficients for the linearization of the signal triangular shape designed. It was possible to accelerate the search for the optimal coefficients significantly improved depleting the metrological characteristics of the signal formed a triangular shape. Analytically and programming model proved that the alignment for the fifth harmonic of the residual error is reduced by more than 20 times. The proposed method for constructing the function generator provides a sinusoidal signal, triangular and rectangular shapes with high metrological characteristics (with minimal distortion and stable amplitudes). Used solutions pro-tected by several patents of the Russian Federation. Thus constructed, the function generator can be used in high-precision devices, electronics, automation, communication systems topics.

Keywords: block diagram, the base unit, the quadrature signals, linearization, optimality ratios.

Reference

1. Notkin LR. Function generators and their application. M.: Radio and communication, 1983. 184 p.

2. Patent 101291 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Function Generator / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; No 2010137125/09; appl. 06.09.10, publ. 10.01.11, Bull. No 1. 7 p.

3. Patent 104402 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Function Generator / Dubrovin VS., Zyuzin A.M. No 2011100735/09; appl. 12.01.11, publ. 10.05.11,

Bull. No 13. 8 p.

4. Dubrovin VS. Principles of construction of function generators [electronic resource] / Electronics and Electronic Technology, 2010. - Issue. 2 (9). http://fetmag.mrsu.ru/2010-2/pdf/Oscillator.pdf.

5. Dubrovin VS. Orthogonal signal generator / Modern methods and means of the processing of spatio-temporal signals: scientific conference. Penza, 2007. Pp. 154-156.

6. Patent 127554 Russian Federation, MPK7 H 03 B 27/00. Quadrature signal generator / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; No 2012138489/08; appl. 07.09.12, publ.

27.04.13, Bull. No 12. 1p.

7. Dubrovin VS., Nikulin VV Quadrature signal generator / South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, 2012. Issue. 2 (2). Pp. 35-38.

8. Dubrovin VS., Nikulin VV. Multicircuit stabilization system controlled oscillator / Bulletin of the Astrakhan State Technical University, 2013. No 1. Pp. 74-82.

9. Dubrovin VS., Nikulin VV. Managed quadrature generator harmonic signals / Bulletin of the Volga State Technological University. Yoshkar-Ola, 2013. No 1 (17). Pp. 5-11.

10. Dubrovin VS., Nikulin VV Managed quadrature generator with multi-loop stabilization system /Problems of Information Transmission in the Infocomm systems: Materials of Russian Scientific and Practical Conference, Volgograd, May 22, 2013. Pp. 33-37.

11. Dubrovin VS. Controlled phase shifters / South Siberian Scientific Bulletin. Bijsk, 2012. Pp. 38-41.

12. Dubrovin VS. Application fazovraschayuschih chains in the construction of multi-phase generators of harmonic signals [electronic resource] / Electronics and electronic technologies. - Electron. journal. - 2011. Issue. 1 (10). http :// fetmag.mrsu.ru./2011-1/pdf/Phase-Shift.pdf.

13. Dubrovin VS. Controlled phase shifters / Measurements, automation and simulation in industry and research: Interuniversity collection. Bijsk, 2011. Issue. 1. Pp. 38-41.

14. Dubrovin VS, Nikulin VVAnalog-to-digital methods of forming orthogonal signals /Methods and tools for process control: MSUTP-2007: Proceedings of IV Intern. conf., Saransk, 2007. Pp. 234-236.

15. Nikulin VV., Zakharzhevsky O.A., Dubrovin VS. Filters communication devices: a tutorial. In 2 parts Part 1. Analog electrical filters / Saransk Univ Mordova University Press, 2010. Pp108.

16. Dubrovin VS. Voltage converter with kodoupravlyaemymi resistors / Natural and technological research: theory, methods, practice: (Interuniversity collection of scientific papers). Saransk, 2007. Issue. 7. Pp. 3-6.

17. Patent 81859 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Analog-to-digital signal conditioner additive triangular shape / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; №

2008146321/22; appl. 24.11.08, publ. 27.03.09, Bull. No 9. 12 p.

18. Patent 81860 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive signal shaper triangular shape / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; № 2008146300/22; appl. 24.11.08, publ. 27.03.09,

Bull. No 9. 6 p.

19. Patent 83669 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive signal shaper triangular shape / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; № 2009103327/22; appl. 02.02.09, publ. 10.06.09, Bull. No 16. 8 p.

20. Patent 83670 Russian Federation MPK7 H 03 K 4/06. Additive signal shaper triangular shape / Dubrovin VS., Zyuzin A.M.; № 2009103333/22; appl. 02.02.09, publ. 10.06.09, Bull. No 16. 3 p.

21. Dubrovin VS., Nikulin VV. Spectral analysis of quasi triangular shaped signal / XXXVII Ogarevsky read: Materials Science Conference - Saransk, 2009. Part 3: Engineering. Pp. 134-136.

22. Dubrovin VS., Nikulin VV. On the calculation of the spectral components of linearly varying synthesized signal / Engineering and science: problems, theory and practice: Hi. Sat scientific. tr. Saransk, 2009. Issue. 10. Pp. 8-14.

23. Dubrovin VS., Nikulin VV. Principles of construction, analysis and synthesis of additive signal generators triangular shape / Modern problems and operation of radio systems: proceedings Sixth Russian Scientific and Practical Conference (with the participation of CIS countries), Ulyanovsk, 22-23 September 2009. Pp. 84-87.

24. Dubrovin VS., Zyuzin A.M. Additive signal linearization method triangular shape / Mathematical methods and information technologies in economics, sociology and education: Sat Art. XXIII International Scientific and Technical Conference. Penza, 2009. Pp. 182-184.

25. Dubrovin VS., Ilyin M.V Definition error linearization synthesized linearly varying signal in the environment LabView / Educational, scientific and engineering applications with LabVIEW and Technology National Instruments: Proceedings of the Eighth International Scientific and Practical Conference, Moscow, 20-21 November 2009. Pp. 226228.

26. Dubrovin VS., Saigina E.A. Model to optimize the parameters of the synthesized signal / Proceedings of the North Caucasus branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. Rostov-on-Don, 2011. Pp. 234-236.

27. Dubrovin VS., Nikulin VV. Optimization coefficients "leveling" shaper linearly varying signal [electronic resource] / Electronics and electronic technologies. Electronic Journal, 2009. Spec. No 6. http://fetmag.mrsu.ru./2009 2/pdf/linear_signal_generation.pdf.