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.
Известен формирователь [Шустов М.А. Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы. - Радиотехника, 2003, №1, стр. 95, рис. 1).], содержащий фазовращатель, выполненный из фазосдвигающей RС-цепи, два двухполупериодных выпрямителя и сумматор, на выходе которого формируется сигнал треугольной формы.
Недостатком данного формирователя является то, что фазовращатель обеспечивает фазовый сдвиг на угол 90 электрических градусов, но только для одного фиксированного значения частоты входного сигнала. При переходе на другую частоту необходима перестройка постоянной времени фазосдвигающей RC-цепи за счет изменения параметров конденсатора С или резистора R. Недостатком также является значительная нелинейность формируемого сигнала треугольной формы на участках «прямого» и «обратного» хода формируемого сигнала.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является аддитивный формирователь сигнала треугольной формы [Патент на ПМ №81860 РФ, МПК Н04K 4/06, опубл. 27.03.2009 г.], содержащий управляемый фазовращатель, первый и второй двухполупериодные выпрямители, преобразователь частоты в напряжение и сумматор, выход которого соединен с выходом аддитивного формирователя сигнала треугольной формы, вход которого соединен с входом преобразователя частоты в напряжение и с информационным входом управляемого фазовращателя, причем выходы двухполупериодных выпрямителей соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, а входы соединены соответственно с информационным входом и выходом управляемого фазовращателя, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя частоты в напряжение.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
m вх
Недостатком данного формирователя является низкая точность формирования напряжения треугольной формы, обусловленная существенной нелинейностью формируемого напряжения. Так в прототипе формирование положительной полуволны нарастающего треугольного напряжения от нуля до амплитудного значения U происходит в диапазоне углов входного напряжения равном 45-90°, спадание - в диапазоне углов 90-135°. При этом в середине участка нарастания значение выходное напряжение формирователя определяется выражением (фиг. 2);
В результате имеется достаточно большая относительная ошибка нелинейности в середине линейных участков треугольного напряжения:
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности формирователя, за счет повышения линейности формируемого треугольного напряжения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержащий первый управляемый фазовращатель, преобразователь частоты в напряжение, сумматор, первый и второй выпрямители, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, причем вход аддитивного формирователя соединен с первым входом первого выпрямителя, с информационным входом первого управляемого фазовращателя и входом преобразователя частоты в напряжение, выход которого подключен к управляющему входу первого управляемого фазовращателя, выход которого соединен с первым входом второго выпрямителя, дополнительно введены второй управляемый фазовращатель, первый и второй измерительные резисторы и блок масштабирования, а первый и второй выпрямители выполнены трехфазными нулевыми, выходы которых соответственно через измерительные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала, причем выход первого управляемого фазовращателя соединен с третьим входом первого выпрямителя, второй вход которого соединен соответственно со вторым входом второго выпрямителя и выходом второго управляемого фазовращателя, третий вход второго выпрямителя соединен соответственно с входом аддитивного формирователя и с информационным входом второго управляемого фазовращателя, управляющий вход которого соединен с выходом преобразователя частоты в напряжение, а выход сумматора через блок масштабирования соединен с выходом аддитивного формирователя.
Существенными отличиями предлагаемого формирователя является введение дополнительно второго управляемого фазовращателя, первого и второго измерительных резисторов, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности формирователя.
вх
1
5
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема аддитивного формирователя, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u и u.
Формирователь содержит (фиг. 1) первый и второй управляемые фазовращатели 1 и 2, преобразователь частоты в напряжение 3, первый и второй трехфазные нулевые выпрямители 4 и 5, первый и второй измерительные резисторы 6 и 7, сумматор 8 и блок масштабирования 9.
вх
m вх
Формирователь работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u=Usinωt (фиг. 2) с частотой ω подается на входы управляемых фазовращателей 1 и 2, вход преобразователя частоты в напряжение 3, первый вход первого выпрямители 4 и третий вход второго выпрямителя 5.
Первый и второй управляемые фазовращатели 1, 2 обеспечивают углы сдвига фазы входного сигнала соответственно:
1
2
где ϕ, ϕ - углы сдвиг фазы сигнала соответственно первым и вторым управляемым фазовращателем;
y
u - выходное напряжение преобразователя частоты в напряжение 3;
1
2
τ, τ - постоянные времени соответственно первого и второго управляемого фазовращателя.
у
вх
y
y
1
2
На выходе преобразователя частоты 3 формируется напряжение u пропорциональное частоте ω входного сигнала u. Это напряжение u поступает на управляющие входы управляемых фазовращателей 1 и 2 и обеспечивает перестройку управляемых фазовращателей таким образом, что отношение ω/u поддерживается неизменным во всем рабочем диапазоне частот формирователя. В результате углы сдвиг фазы сигнала соответственно первым и вторым управляемыми фазовращателями ϕ и ϕ при изменении частоты ω поддерживаются неизменными.
вх
1
2
Таким образом, на входы трехфазных нулевых выпрямителей подаются три синусоидальных напряжения u, u и u (трехфазная система), сдвинутые между собой на угол 120° (фиг. 2):
вх
m вх
1
m вх
2
m вх
u=Usinωt; u=Usin(ωt+120°); u=Usin(ωt-120°),
m
вх
где U - амплитуда входного напряжения;
ω - круговая частота входного напряжения.
вх
1
2
3
Первый трехфазный нулевой выпрямитель 4 выпрямляет положительные полуволны напряжений u, u и u и на первом измерительном резисторе 6 выделяется огибающая u, соответствующая максимумам этих напряжений (фиг. 2).
вх
1
2
4
Второй трехфазный нулевой выпрямитель 5 выпрямляет отрицательные полуволны напряжений u, u и u и на втором измерительном резисторе 7 выделяется огибающая u, соответствующая минимумам этих напряжений (фиг. 2).
3
4
5
Выходные напряжения u и u выпрямителей 4 и 5 подаются на входы сумматора 8, на выходе которого после операции суммирования формируется переменное напряжение u треугольной формы (фиг. 2), которое подается на вход блока масштабирования 9.
5
вх
вых
m вх
В блоке масштабирования 9 производится умножение напряжения u на масштабный коэффициент равный двум. В результате на выходе блока масштабирования 9 происходит восстановление амплитуды входного напряжения u и на выходе формирователя формируется напряжение u треугольной формы, амплитудой равной амплитуде входного напряжения U.
m
вх
Анализ полученных временных диаграмм (фиг. 2) показывает, что формирование положительной полуволны нарастающего треугольного напряжения от нуля до амплитудного значения U происходит в диапазоне углов входного напряжения, равном 30-90°, 150-210°, 270-330°, спадание - в диапазоне углов 90-150°, 210-270°, 330-390°. При этом в середине участка нарастания (первого участка) значение выходное напряжение формирователя определяется выражением (фиг. 2):
В результате относительная ошибка нелинейности в середине линейных участков треугольного напряжения составляет:
Таким образом, введение в формирователь второго управляемого фазовращателя, первого и второго измерительных резистора, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства позволило более чем в два раза, уменьшить ошибку нелинейности формирования треугольного напряжения с 8,2% до 3,6%, тем самым достигнуть технический результат - повысить точность аддитивного формирователя.
При практической реализации предлагаемого аддитивного формирователя управляемые фазовращатели 1, 2 можно выполнить по схемам (Дубровин B.C. Управляемые фазовращатели. //Южно-сибирский научный вестник. - 2012. - №1, рис. 1 стр. 38, рис. 4 стр. 40). В качестве преобразователя частоты в напряжение 3 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1. Трехфазные нулевые выпрямители 4 и 5 выполнены на полупроводниковых диодах. Сумматор 8 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. Блок масштабирования 9 представляет собой усилитель на операционном усилителе с коэффициентом усиления равным двум.