Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты

ОП ИСАНИЕИЗОБВЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюз СоветскинСоцкалистнческикРеспублик и 881966(51) М. Кд. Н 03 В 5/00 3 Ъаударстаанвй комитет СССР на делам нзааретеннй н атнрытнй(53) УДК 621.373, ,42 (088.8) Дата опубликования описания 15,11,81(54) ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ИНФРАНИЗКОИЧАСТОТЫ Изобретение относится к измерительной технике.Известен генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог 1,Однако известный генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты имеет большой коэффициент нелинейных искажений.Цель изобретения - уменьшение коэффициента нелинейных искажений.Для достижения этой цели в генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазоврашатель, а также последовательно соединенные распределитель импуль. сов, реверсивный счетчик и преобразователь код-аналог, между выходом дискретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно соединенные первый элемент И, первый триггер и элементИЛИ, а между выходом распределителя импульсов и другим входом элемента ИЛН в.-.5дены последовательно соединенные второйтриггер и второй элемент И, другой входкоторого подключен к выходу дискретногофазовращателя, а другой выход второго триггера соединен с друтим входом первого элемента И,На чертеже приведена структурная электрическая схема генератора синусоидальных колебаний инфранизкой частоты.Генератор содержит генератор эталонной15частоты 1, делитель частоты 2 с переменнымкоэффициентом деления (ДПКЯ), дйскретньпфазовращатель 3, распределитель импульсов 4,реверсивный счетчик 5, преобразователь коданалог б, первый и второй элементы И 7, 8,20первый и второй триггеры 9, 10, элементИЛИ 11.Генератор синусоидальных колебаний инфранизкой частоты работает следующим образом,8819 ббСуть принципа, положенного в построение предлагаемого генератора, основанного на пре. образовании кода в аналог, состоит в том, чтобы узлы аппроксимации формируемой кривой выбрать исходя из минимума коэффициента нелинейных искажений, т,е. минимума среднеквадратичного отклонения формируе. мой кривой от ее первой гармоники. Для этого рассмотрим функционал видаф 27 у(С) 5.п2 с 1 С у"1 ОО1+1к / (1; - 5 п А) с 1 а 1.где- формируемая кривая;- значения формируемой кривой в1узлах аппроксимации;51 п 4. - первая гармоника формируемойкривой единичной амплитуды;П - количество участков аппроксимации.Найдем 1; из условия минимума функционала ФА +(:э) где Д 3.,:30В общем виде выражение (2) можно запи.сать следующим образом= Д; 51 п (А; -1.ф,)Ьс 1; (,)З 5гДе Д, - - Б 1 П =1В прототипе реализовывалось соотношение 1; = Ьп (1.) Сравнивая выражения (3) и (4) видим, что 4 о для уменьшения коэффициента нелинейных искажений при том же методе аппроксимации (равномерном по уровню) необходимо узлы аппроксимации формируемой кривой сместить на величину - 4-1, Однако этот коэффициент не 452линейных искажений не является минимально возможным, Для обеспечения такого минимально возможного коэффициента нелинейных искажений необходимо узлы аппроксимации выбрать оптимальным образом. 50Найдем оптимальный закон расположения узлов аппроксимации. Для этого вычислим интеграл1+1Д(с точностью до величины второго пмалости), 4 С учетом выражения (5) функционал (1) приобретает вид ф -1со 5 . (Л;С;) (б)Принимая во внимание, что ЬС; достаточномало, приходим к интегралуф = - / соЬ 2 1.;с, (.)о1 Минимизируя величину полученного функци.опала, определим оптимальную функцию1 4 -.(1), Эта задача является вариационнойи сводится к решению уравнения д С 11 д 1,=О д 4.,. дс,) сов., (.,)Первая часть полученного выражения представляет полную производную от СОБИ; 11;) что эквивалентно со 5 а 4,; (.1) =У или(32) где С - постоянная величинаПереходим в выражении (12) к приращениюД;со 521 ь. Д.1,; =С (1 Ъ)Постоянную С находим из граничных условий.Умножая обе части уравнения (12) на Ы 1 иинтегрируя, находимС = " со 5" .1 (й)оПолагая в выражении (14) 1=0,А=2 Кнаходим постоянную С) п 1 ф ,г(е Г - гамма-функции,15 г при граничных условиях А=О,а = 2 л Подставим в уравнение (8)1ЯЬ881966 Поставляя в соотношение (15) значениягамма-функций, имеем Принцип действия предлагаемого генераторазаключается в следующем.(1 б) С учетом выражения (16) из соотношения (13) получаем формулу для определения оптимальных участков разбиенияЬ Ъ 8(П)и соба/з.(.,При равномерной аппроксимации по времени А;= - ;, 1.:. -2 я . 2:цип Тогда получимвр Х 1,81Кц = -ЙпПри равномерной аппроксимации по уровню иПХ 1 = 4; со 5. 1 , 4иТогда получимКР (811/2 1 1;бЪ С 2 О) Таким образом, оптимальная аппроксимация уменьшает коэффициент нелинейных искажений по сравнению с равномерной аппроксима-цией по уровню на 5%, а по сравнению с равномерной аппроксимацией по времени на 15%.Делитель частоты 2 имеет переменный коэффициент деления и служит совместно с триггером 9 для задания выходной частоты генератора, т.е, номинальный коэффициент всего тракта деления равен 2 К, где К - коэффициент деления делителя частоты 2, а 2 - коэффициент деления триггера 9. Дискретный фазовращатель 3 предназначен для изменения фазового сдвига формируемой кривой, Распределитель импульсов 4 обеспечивает формирование выходных импульсов в моменты .; определяемые формулой (17), в общем не совпадающими с точками С; в известном генераторе. Эта формула позволяет последовательно най. ти все узлы аппроксимации формируемой кривой. При этом обеспечивается минимально возможный коэффициент нелинейных искажений. Для подтверждения этого определим среднеквадратичное отклонение формируемых кри,вых для различных методов аппроксимации, воспользовавшись формулой (7) .Значение коэффициента искажений при оптимальном разбиении получим из формулы (7)формируемая кривая на выходе преобразователя код-аналог 6 получает необходимое фазовое смещение согласно выражению (2), Темсамым обеспечивается минимальный коэффициент нелинейных искажений формируемойкривой по отношению к первой гармонике. 45 Рассмотренный метод уменьшения коэффи. циента нелинейных искажений может быть использован и в других генераторах синусоидальных колебаний, основанных на преобразовании код-аналог. Тем самым обеспечивается минимально возможное значение коэффициента нелинейных искажений для данного принципа построения генератора, но все же не минимально возможное значение для ме. тода, основанного на преобразовании код-аналог в целом. 50 55 В исходном состоянии с выходов триггера 510 на элемент И 8 подан разрешающий, ана элемент И 7 - запрешаюший сигналы, т,е.элемент И 8 чувствителен, а элемент И 7 нечувствителен к входным импульсам, поступающим с дискретного фазовращателя 3, Таким 10образом, импульсы с генератора эталоннойчастоты 1 через делитель частоты 2, дискрет.ный фазоврашатель 3, элементы И 8 и ИЛИ11 поступают на распределитель импульсов 4.Первый импульс на выходе распределителя 15импульсов 4 будет сформирован в моментвремени, соответствующий начальной фазе2так как частота импульсов, поступающих свыхода дискретного фазовращателя 3 на входраспределителя импульсов 4, в два раза больше номинальной, требуемой для формированияинтервалов дискретизации Ь:-; . Этот импульспоступает на единичный вход триггера 10 именяет его состояние на противоположное.Тем самым с выходов триггера 0 на элемент И 8 подается запрещающий, а на элемент И 7 - разрешающий сигналы и в дальнейшем выходные импульсы дискретного фазовращателя 3 подаются на вход распределителяимпульсов 4 через последовательно соединен.30 ные элемент И 7, триггер 9 и элемент ИЛИ11. Частота этих импульсов является номинальной, а следовательно, второй, третий ипоследюущие выходные импульсы распределителя импульсов 4 сдвинуты по фазе друг поотношению к другу на Ь, и т.д, авсе они смещаются по отношению к началуотсчета "- = 0 на дополнительный угол, равный, т.е, действительный фазовый сдвигкаждого выходного импульса распределителя 40 импульсов 4 по отношению к началу отсчета881966 вдиненные первый элемент И, первый триггери элемент ИЛИ, а между выходом распределителя импульсов и другим входом элементаИЛИ введены последовательно соединенныевторой триггер и второй элемент И, другойвход которого подключен к выходу дискретного фазовращателя, а другой выход второготриггера соединен с другим входом первогоэлемента И,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР И 292206,кл, Н 03 В 5/00, 06.01.71 прототип). Формула изобретенияГенератор синусоидальных колебаний инфра. низкойчастоты, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и дискретный фазовращатель, а также последовательно соединенные распределитель импульсов, реверсивный счетчик и преобразова. тель код-аналог, о т л и ч а о щ и й с я тем, что, с целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений, между выходом ди. скретного фазовращателя и входом распределителя импульсов введены последовательно соеставитель. А. Зайцехред М.1 сйвес. Хома оррект Редак Подписномитста СССРткрытийая наб., д. 4/5 Тираж 991 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж - 35, Раушск