ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике.
Известно устройство [Шустов М. Функциональный генератор. - Радиомир. 2010, №7, с.26-27], содержащее источник квадратурных сигналов, два двухполупериодных выпрямителя, сумматор и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены, соответственно, с входами первого и второго двухполупериодных выпрямителей, выходы которых соединены с входами сумматора, к выходу которого подключен формирователь биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с первым выходом источника квадратурных сигналов, с выходом сумматора и выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.
Синтезированный сигнал треугольной формы имеет S-образные характеристики, как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение) и имеет весьма низкую линейность [см. Лозицкий С. Схемотехнические САПР: возможности и проблемы эффективного использования. Схемотехника, 2007, №3, с.38-40], что существенно сужает область практического применения схемы. Кроме того, частота сигнала треугольной формы и биполярного сигнала прямоугольной формы вдвое превышает частоту исходного гармонического сигнала, что не позволяет при фиксированной настройке генератора получить одинаковые значения частот на всех выходах генератора.
Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, формирователь линейно-изменяющегося сигнала [Дубровин B.C., Никулин В.В. Оптимизация коэффициентов «выравнивания» формирователя линейно-изменяющегося сигнала. Электронный журнал «Электроника и информационные технологии», - 2009, выпуск 2 (6), (рис.3). Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева, http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/linear_signal_generation.pdf. (Статья зарегистрирована Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «ИНФОРМРЕГИСТР» в реестре электронных научных изданий - номер регистрации 0420900067/0064 от 12.01.2010)], который содержит источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, при этом выходы первого и второго вычислителей модулей соединены, соответственно, с первым и четвертым входами блока суммирования-вычитания, выходы первого и второго квадраторов соединены, соответственно, со вторым и третьим входами блока суммирования-вычитания, выход которого соединен с выходом функционального генератора.
Устройство предназначено для формирования сигнала треугольной формы и не может выполнять функцию функционального генератора.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства и получение на выходах функционального генератора сигналов синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства за счет того, что в него дополнительно введены перемножитель, масштабный усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, что позволило получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий источник квадратурных сигналов, первый и второй вычислители модуля, первый и второй квадраторы, блок суммирования-вычитания, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены, соответственно, с выходом первого вычислителя модуля, выходом первого квадратора, выходом второго квадратора и выходом второго вычислителя модуля, причем первый выход источника квадратурных сигналов соединен с входом первого вычислителя модуля и входом первого квадратора, а второй выход источника квадратурных сигналов соединен с входом второго вычислителя модуля и входом второго квадратора, дополнительно введены перемножитель, масштабирующий усилитель и формирователь биполярных прямоугольных импульсов, причем первый и второй выходы источника квадратурных сигналов соединены, соответственно, с первым и вторым входами перемножителя, к выходу которого подключен вход масштабирующего усилителя, а к выходу блока суммирования-вычитания подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с выходом масштабирующего усилителя, с выходом блока суммирования-вычитания и с выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов.
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 перемножителя, масштабного усилителя и формирователя биполярных прямоугольных импульсов, а также организация новых связей между элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: фиг.1 - блок схема функционального генератора; фиг.2 - графики, поясняющие принцип работы функционального генератора.
Функциональный генератор (фиг.1) содержит источник квадратурных сигналов 1, первый 2 и второй 3 вычислители модуля, первый 4 и второй 5 квадраторы, блок суммирования-вычитания 6, перемножитель 7, масштабирующий усилитель 8 и формирователь биполярных прямоугольных импульсов 9, причем первый выход источника квадратурных сигналов 1 соединен с входом первого вычислителя модуля 2, входом первого квадратора 4 и первым входом перемножителя 7, второй выход источника квадратурных сигналов 1 соединен с входом второго вычислителя модуля 3, входом второго квадратора 5 и вторым входом перемножителя 7, причем первый, второй, третий и четвертый входы блока суммирования-вычитания 6 соединены, соответственно, с выходом первого вычислителя модуля 2, выходом первого квадратора 4, выходом второго квадратора 5 и выходом второго вычислителя модуля 3, к выходу перемножителя 7 подключен вход масштабирующего усилителя 8, а к выходу блока суммирования-вычитания 6 подключен вход формирователя биполярных прямоугольных импульсов 9, при этом первый, второй и третий выходы функционального генератора соединены, соответственно, с выходом масштабирующего усилителя 8, с выходом блока суммирования-вычитания бис выходом формирователя биполярных прямоугольных импульсов 9.
Работа предлагаемого функционального генератора осуществляется следующим образом.
1
1
0
2
2
0
1
2
0
1
2
0
1
2
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
у
1
0
0
1
1
1
0
1
На выходах источника квадратурных сигналов 1 формируются (фиг.1) гармонические сигналы: V(t)=Usin(2πf) и V(t)=Ucos(2πf), с амплитудными значениями U и U и частотой f. Амплитудные значения сигналов U и U всегда могут быть приведены к нормированному значению U=U=U=1 (фиг.2). В этом случае на выходе перемножителя 7 формируется также гармонический сигнал S(f)=Usin(2πf)•Ucos(2πf)=Asin(4πf)=Asin(2πf), амплитудное значение которого A=0,5 U, а частота в два раза превышает частоту квадратурных сигналов f=2f. Масштабирующий усилитель 8, имеет коэффициент усиления К=2, поэтому на первом выходе функционального генератора формируется сигнал N(t), амплитудное значение которого в точности равно нормированному значению U, а частота в два раза превышает частоту f:N(t)=2•S(t)=2•0,5•sin(2πf)=Usin(2πf).
2
Вычислители модуля 2 и 3, квадраторы 4 и 5, а также блок суммирования-вычитания осуществляют формирование сигнала треугольной формы N(t) на втором выходе функционального генератора.
2
1
3
2
4
1
0
5
2
0
2
2
2
2
На выходах первого 2 и второго 3 вычислителей модуля формируются соответствующие сигналы S(t)=modV(f) и S(t)=modV(t), а на выходах первого 4 и второго 5 перемножителей - сигналы S(t)=[V(t)]=sin(2πf) и S(t)=[V(t)]=cos(2πf).
опт.
опт.
Первый и третий входы блока суммирования-вычитания 6 являются неинвертирующими, а второй и четвертый - инвертирующими, при этом коэффициенты передачи по первому и четвертому входам выбираются равными α, а коэффициенты передачи по второму и третьему входам должны рассчитываться из условия β=(1-α).
опт.
опт.
2
При оптимальном выборе коэффициентов α=1,2612 и β=(1-α) на выходе блока суммирования-вычитания 6 формируется сигнал N(t) с частотой, равной удвоенному значению частоты входных сигналов (фиг.2), и имеющий высокую линейность как на участке прямого хода (линейно-нарастающее напряжение), так и на участке обратного хода (линейно-спадающее напряжение).
2
3
С помощью формирователя 9 сигнал N(t) треугольной формы, поданный на его вход превращается в сигнал N(t), форма которого - биполярные прямоугольные импульсы и частота которого равна удвоенной частоте квадратурных сигналов (фиг.2).
Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и получить на выходах функционального генератора сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы одинаковой частоты с высокими метрологическими характеристиками.