ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ИНФРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
DIGITAL GENERATOR OF SUBSONIC FREQUENCY

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти широкое применение в системах автоматического контроля и измерительной технике.
Известны цифровые генераторы инфранизкой частоты (ЦГИНЧ) [1-4].
Однако они выполнены на резисторах и не могут обеспечить сколь-нибудь заметную мощность. Усиление выходного сигнала по мощности встречает определенные трудности.
Наиболее близким по технической сущности является ЦГИНЧ [1], принцип которого основан на формировании двух полуволн синусоидального напряжения путем последовательно включенных управляемых делителей напряжения также на резисторах.
Применение подобных устройств на резисторах ограничивается малой мощностью выходного сигнала инфранизкой частоты.
Задачей изобретения является создание устройства цифрового генератора инфранизкой частоты большой мощности.
Требуемый технический результат достигается тем, что в предлагаемом цифровом генераторе инфранизкой частоты в качестве несущей частоты используется промышленная частота (например, 50 Гц или любая другая сетевая частота), введены два трансформатора со вторичными секционными обмотками практически любой требуемой мощности.
0
1
n-2
Цифровой генератор инфранизкой частоты содержит генератор тактовых импульсов, подключенный ко входу двоичного счетчика, выход старшего разряда которого подключен к управляющему входу переключателя полярности, два трансформатора с секционными обмотками, включенными последовательно, причем остальные выходы счетчика через переключающие ключи (K, K, … K) соединены с управляющими входами вторичных секционных обмоток “1” первого трансформатора, а управляющие входы второго трансформатора подключены к инверсным входам тех же переключающих ключей “0”, первичный вход первого трансформатора подключен к источнику переменного напряжения сетевой частоты, первичный вход второго трансформатора соединен с выходом первого трансформатора, а выход второго соединен через выпрямитель с основным входом переключателя полярности и нагрузкой.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен вариант построения ЦГИНЧ на трансформаторах, который содержит:
1 - генератор тактовых импульсов;
2 - двоичный счетчик;
3 - источник эталонного переменного напряжения сетевой частоты;
4 - трансформатор с секционными обмотками Т1;
5 - трансформатор с секционными обмотками Т2;
0
1
n-2
n-1
6 - переключатель полярности с переключающими ключами (K, K, … K, K);
7 - выпрямитель;
8 - ключ последнего разряда счетчика;
9 - нагрузка.
Генератор работает следующим образом (пояснения даются с помощью дополнительных фиг.2 и 3).
0
1
n-2
n-1
По запуску генератора тактовых импульсов 1 начинает работать двоичный счетчик 2. Сигналы со счетчика 2 поступают на переключатель полярности с переключающими ключами 6, коммутирующий выходные (K, K, … K, K) обмотки управляемых трансформаторов 4, 5. Количество витков в секциях подчинены двоичному коду, формируя на нагрузке 9 участок параболы. Это происходит следующим образом.
При заполнении счетчика 2 в системе управления такого ЦГИНЧ на выходе первого трансформатора 4 (Т1) наблюдается линейно растущая (ступенчатая по форме) огибающая переменного напряжения, на выходе другого 5 (Т2) - линейно убывающая. Последовательное включение этих трансформаторов позволяет получить итоговую огибающую напряжения в виде участка параболы (как известно, произведение двух линейных функций дает параболу). Этот участок может быть использован после выпрямления как полуволна синусоидального напряжения (фиг.2).
n-1
ни
Вторая половина выходного сигнала получается за счет инвертирования выхода 8 (с помощью переключающего ключа K). Высшие нечетные гармоники такой периодической функции (параболы) убывают пропорционально кубу номера гармоники, а их учет (включительно до девятой гармоники) позволяет получить коэффициент несинусоидальности искажений огибающей К≅3,8%, что вполне приемлемо для практических случаев.
При полном заполнении счетчика заканчивается период выходного напряжения, следующий период формируется при новом его заполнении. Выходные обмотки трансформаторов секционируются по количеству витков, подчиняющемуся двоичному коду (фиг.3).
Количество секций определяется требуемой допустимой погрешностью дискретности. Выпрямитель 7 на выходе второго трансформатора 5 позволяет исключить несущую частоту и сгладить ступенчатость выходного сигнала.
n-1
Система управления такого ЦГИНЧ получается чрезвычайно простой, состоящей всего из генератора тактовых импульсов 1 и двоичного счетчика 2, каждый разряд которого, за исключением последнего, управляет состоянием включения соответствующей секции в обоих трансформаторах 4, 5. Последний разряд счетчика с помощью переключающего ключа K переключает полярность сигналов 8 на выходе выпрямителя 7 и, таким образом, формируется полная синусоида. Роль управляемых ключей могут выполнять симмисторы или пара тиристоров, включаемых параллельно и встречно.
Коэффициент полезного действия генератора определяется потерями в трансформаторах, ключах и в выпрямителе.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №388348, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР №511681, 1976.
3. Авторское свидетельство СССР №538480, 1977.
4. Авторское свидетельство СССР №944089, 1982.