Формирователь сигнала треугольной формы
TRIANGULAR WAVEFORM GENERATOR

Изобретение относится к области радиотехники и вычислительной техники и может быть использовано в радиолокации, в преобразователях "напряжение-временной интервал", широтно-импульсных модуляторах, устройствах временной задержки и т.д.
Известно устройство [1], содержащее первый и второй вычислители модуля (выполненные из двухполупериодных выпрямителей), блок коррекции и суммирующий блок (выполненный из вычитателя и сумматора), выход которого соединен с выходом 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 с третьим входом суммирующего блока, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго вычислителей модулей.
Формирователь может работать в условиях изменения частоты входных квадратурных гармонических сигналов в широких пределах, но амплитуда этих сигналов при этом должна оставаться стабильной, что ограничивает возможности такого преобразователя.
Известно устройство [2], содержащее базовый блок и блок коррекции, выход которого соединен с третьим входом базового блока, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, первый вход которого соединен с первыми входами базового блока и блока коррекции, при этом второй вход формирователя сигнала треугольной формы соединен со вторыми входами базового блока и блока коррекции.
Базовый блок выполнен из двух вычислителей модуля, вычитателя и сумматора, первый вход которого подключен к выходу вычитателя, при этом первый вычислитель модуля включен между первым входом базового блока и первым входом вычитателя, второй вычислитель модуля включен между вторым входом базового блока и вторым входом вычитателя, причем третий вход базового блока соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы.
Блок коррекции выполнен из двух квадраторов, второго вычитателя, второго сумматора, делителя и схемы извлечения квадратного корня, вход которой соединен с выходом второго сумматора, при этом выход первого квадратора соединен с первым входом второго вычитателя и первым входом второго сумматора, выход второго квадратора соединен со вторым входом второго сумматора и вторым входом второго вычитателя, к выходу которого подключен первый вход делителя, второй вход которого соединен с выходом схемы извлечения квадратного корня, причем первый и второй входы блока коррекции соединены с входами соответственно первого и второго квадраторов.
При подаче квадратурных гармонических сигналов на входы устройства на его выходе формируется сигнал треугольной формы. Работоспособность формирователя сигнала треугольной формы сохраняется при изменении частоты и амплитуды квадратурных гармонических сигналов в широких пределах, но устройство является достаточно сложным, поскольку в своем составе содержит прецизионные нелинейные блоки (два квадратора, делитель и схему извлечения квадратного корня), которые и будут в основном определять стоимость формирователя сигнала треугольной формы.
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является принятый за прототип формирователь сигнала треугольной формы [3, фиг. 1], содержащий управляемый источник квадратурных гармонических сигналов, два вычислителя модуля, два квадратора, делитель и три сумматора, при этом первый выход управляемого источника квадратурных колебаний соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, второй выход управляемого источника квадратурных колебаний соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, к выходу которого подключен первый вход делителя, второй вход которого соединен со вторым входом управляемого источника квадратурных гармонических сигналов, первый вход которого соединен с первой управляющей шиной формирователя сигнала треугольной формы, вторая управляющая шина которого соединена со вторым входом управляемого источника квадратурных гармонических сигналов, при этом первый и второй входы первого сумматора соединены с выходами соответственно первого и второго вычислителей модулей, а выход первого квадратора соединен с первым входом второго сумматора, причем выход первого сумматора соединен с первым входом третьего сумматора, выход делителя соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с выходной шиной формирователя сигнала треугольной формы.
Работоспособность формирователя сигнала треугольной формы сохраняется при изменении частоты и амплитуды квадратурных гармонических сигналов в широких пределах, но устройство является достаточно сложным, поскольку в своем составе содержит прецизионные нелинейные блоки (два квадратора и делитель), которые и будут в основном определять стоимость формирователя сигнала треугольной формы.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и снижение стоимости устройства в условиях изменения частоты и амплитуды формируемого сигнала в широких пределах.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности и снижении стоимости устройства в условиях изменения частоты и амплитуды формируемого сигнала в широких пределах.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в формирователь сигнала треугольной формы, содержащий управляемый источник квадратурных гармонических сигналов, первый и второй вычислители модулей и сумматор, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами управляемого источника квадратурных гармонических сигналов, к первому и второму выходам которого подключены входы соответственно первого и второго вычислителей модуля, дополнительно введен минимаксный селектор, первый и второй выходы которого соединены соответственно первым и вторым входами сумматора, при этом выход первого вычислителя модуля соединен с первым входом минимаксного селектора, второй вход которого подключен к выходу второго вычислителя модуля.
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, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Введение в предлагаемое устройство минимаксного селектора, а также организация новых связей между функциональными элементами позволило повысить надежность и снизить стоимость устройства в условиях изменения частоты и амплитуды формируемого сигнала в широких пределах.
Изобретение поясняется структурной схемой формирователя сигнала треугольной формы (фиг. 1) и графиками (фиг. 2, фиг. 3), поясняющими принцип работы формирователя сигнала треугольной формы.
Формирователь сигнала треугольной формы (фиг. 1) содержит управляемый источник квадратурных гармонических сигналов 1, первый 2 и второй 3 вычислители модулей, сумматор 4 и минимаксный селектор 5, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 4, выход которого соединен с выходом формирователя сигнала треугольной формы, первый и второй управляющие входы которого соединены с соответствующими входами управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1, при этом первый вычислитель модуля 2 включен между первым выходом управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1 и первым входом минимаксного селектора 5, а второй вычислитель модуля 3 включен между вторым выходом управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1 и вторым входом минимаксного селектора 5.
Формирователь сигнала треугольной формы работает следующим образом.
f
m
При подаче напряжений E и E на соответствующие входы формирователя сигнала треугольной формы (фиг. 1) после окончания переходных процессов на выходах управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1 формируются сигналы I(t) и Q(t), сдвинутые относительно друг друга на 90 электрических градусов
1
2
m
f
где  - текущее значение угла в радианах; A и A - амплитудные значения сигналов I(t) и Q(t), зависящие от заданного значения напряжения E на втором входе управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1;  - частота формируемых сигналов I(t) и Q(t), значение которой определяется величиной напряжения E, приложенного к первому входу управляемого источника квадратурных гармонических сигналов 1.
При нормированных значениях амплитуд  выражение (1) упрощается
Сформированные сигналы I(t) и Q(t) изображены на фиг. 2, a.
1
2
1
2
На выходе первого 2 и второго 3 вычислителей модулей формируются (фиг. 2, б) однополярные сигналы M(t) и M(t), которые поступают на соответствующие входы минимаксного селектора 5. На первом выходе минимаксного селектора 5 выделяется (фиг. 2, в) сигнал S(t), а на его втором выходе (фиг. 2, г) - сигнал S(t), которые затем поступают на соответствующие входы сумматора 4.
На выходе сумматора 4 сигнал
1
2
1
1
1
2
2
2
где k и k - коэффициенты передачи сумматора 4 соответственно по первому и второму входам; V(t)=k⋅S(t), V(t)=k⋅S(t) - виртуальные сигналы (фиг. 3, б), поясняющие принцип формирования сигнала треугольной формы N(t).
Коэффициент передачи сумматора 4 по первому входу должен иметь значение , а коэффициент передачи по второму входу . В этом случае на выходе сумматора 4 будет сформирован линейно изменяющийся сигнал, амплитудное значение которого будет равно единице, то есть нормированному значению.
Устройство работоспособно в условиях изменения частоты и амплитуды квадратурных гармонических сигналов в широких пределах. Предлагаемое устройство в отличие от прототипа не имеет в своем составе прецизионных дорогостоящих множительно-делительных блоков (два квадратора и делитель), а также содержит меньшее количество элементов, что в конечном итоге приводит к повышению надежности и к снижению его стоимости.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность и снизить стоимость устройства в условиях изменения частоты и амплитуды формируемого сигнала в широких пределах.
Источники информации
1. Пат. РФ 83669, МПК Н03К 4/06. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы / Дубровин B.C., Зюзин A.M. - №2009103327/22; заявл. 02.02.09; опубл. 10.06.09, Бюл. №16. - 8 с.: 5 ил.
2. Пат. РФ 2541147, МПК H03B 27/00. Функциональный генератор / Дубровин B.C., Зюзин A.M. - №2013143418/08; заявл. 25.09.12; опубл. 10.02.15, Бюл. №4. - 10 с.: 2 ил.
3. Дубровин B.C. Управляемый по амплитуде и частоте формирователь линейно-изменяющегося симметричного сигнала / B.C. Дубровин // Южносибирский научный вестник. - Бийск, 2015. - №3 (11). - С. 21-25 (прототип).