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).], содержащее фазовращатель, выполненный из фазосдвигающей RC-цепочки, 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-цепочки 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 H04K 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.
Недостатком данного формирователя является низкое его быстродействие в области низких частот, обусловленное применением в устройстве преобразователя частоты в напряжение, в схеме которого на выходе используется фильтр нижних частот. При этом, постоянная времени фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из обеспечения заданных пульсаций выходного напряжения управления на самой нижней частоте рабочего диапазона, что предопределяет низкое быстродействие устройства во всем рабочем диапазоне частот.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия формирователя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный аддитивный формирователь сигнала треугольной формы, содержащий двухполупериодный выпрямитель и сумматор, причем вход формирователя соединен с входом двухполупериодного выпрямителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с выходом формирователя, дополнительно введены дифференциатор, интегратор, блок умножения, инвертор и блок извлечения квадратного корня, а сумматор выполнен дифференциальным, причем вход формирователя соединен с входами дифференциатора и интегратора, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, первый вход которого подключен к выходу дифференциатора, выход блока умножения через инвертор соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом сумматора.
Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно дифференциатора, интегратора, блока умножения, инвертора, блока извлечения квадратного корня и выполнение сумматора дифференциальным и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия формирователя.
вх
1
6
вых
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема измерителя частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u и и u.
Формирователь содержит (фиг. 1) дифференциатор 1, интегратор 2, блок умножения 3, инвертор 4, блок извлечения квадратного корня 5, двухполупериодный выпрямитель 6 и дифференциальный сумматор 7.
вх
mвх
Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u=Usinωt (фиг. 2) с частотой со подается на входы дифференциатора 1, интегратора 2 и двухполупериодного выпрямителя 6.
1
вх
вх
На выходе дифференциатора 1 формируется напряжение u, сдвинутое по фазе относительно u на угол 90° в сторону опережения, амплитуда которого пропорциональна частоте ω входного сигнала u:
mвх
вх
где U - амплитуда входного напряжения u;
ω - круговая частота входного напряжения;
R1 - сопротивление резистора дифференциатора;
С1 - емкость конденсатора дифференциатора.
2
вх
вх
При этом на выходе интегратора 2 формируется напряжение u, сдвинутое по фазе относительно u на угол 90° в сторону отставания, амплитуда которого обратно пропорциональна частоте ω входного сигнала u:
mвх
вх
где U - амплитуда входного напряжения u;
ω - круговая частота входного напряжения;
R2 - сопротивление резистора интегратора;
С2 - емкость конденсатора интегратора.
1
2
3
При перемножении напряжений u и u в блоке умножения 3 на его выходе формируется напряжение u, амплитуда которого не зависит от частоты ω:
При выборе параметров компонентов дифференциатора и интегратора R1=R2, С1=С2, имеем (фиг. 2):
4
После инвертирования инвертором 4, на его выходе имеем напряжение u:
5
Тогда после операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5, на его выходе формируется напряжение u (фиг. 2):
6
При этом на выходе двухполупериодного выпрямителя 6 формируется напряжение u (фиг. 2):
5
6
Напряжения u и u имеют форму напряжения двухполупериодного выпрямления, сдвинутые друг относительно друга на угол 90° (фиг. 2).
6
5
Напряжения u и u подаются соответственно на первый и второй входы дифференциального сумматора 7, который работает как вычитающее устройство, т.к. у него первый вход выполнен неинвертирующим, а второй - инвертирующим.
5
6
вых
В результате операции вычитания в дифференциальном сумматоре 7 напряжения u из напряжения u, на его выходе и на выходе формирователя вырабатывается выходное переменное напряжение u, имеющее треугольную форму (фиг. 2).
Таким образом, исключение из устройства преобразователя частоты в напряжение позволило избавиться от фильтра нижних частот в канале перестройки управляемого фазовращателя, тем самым достигнуть технический результат - повысить быстродействие формирователя.
При практической реализации предлагаемого аддитивного формирователя дифференциатор 1 и интегратор 2 можно выполнить по известным схемам на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. Блок умножения 3 можно выполнить на микросхеме перемножителя напряжений К525ПС3. Инвертор 4 представляет собой инвертирующий усилитель на ОУ с единичным коэффициентом усиления. В качестве блока извлечения квадратного корня 5 можно использовать схему на ОУ, включив квадратор на микросхеме перемножителя напряжений К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Двухполупериодный выпрямитель 6 можно выполнить на ОУ по схеме (А.Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 315, рис. 11.37). Дифференциальный сумматор 7 представляет собой обычный параллельный сумматор на ОУ.