Генератор гармонических колебаний

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В. Л. Соседка, Д. И. Пружанский, Л, Ф. Коломойцева и В. Б. Верник (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема(56) 1. Смеляков В. В. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот. М., фЭнергия", 1975, с, 30.2. Авторское свидетельство СССР :9 674191 кл. Н 03 В 27/00, 1979 (прототип).(54)(57) ГЕНЕРАТОР РАРМОНИЧЕСКИХ.КОЛЕБАНИЙ, содержащий, блок делителей частоты; - еход которого подключен к задающему генератору, блок разделения импульсов и генератор Функций Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управляющим входом к выходу аналогового инвертора, о т л и ч а.ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повивения точнос,801020839 А ти за счет улучшения гармонического состава синтезируемых колебаний, он содержит дополнительный блок аналоговых ключей, последовательно включенные счетчик и блок умножения, интегратор, цифроаналоговый преобразователь и преобразователь десятичных кодов в двоичные, входы которого являются цифровыми входами генератора, а выходы подключены к соответствующим управляющим входам дополнительного блока аналоговых ключей и информационным входам цифроаналогового преобразователя, подсоединенноговыходом к входу аналогового инвертора, информационные входы и выходы дополнительного блока аналоговыхключей подключены к соответствующим выходам блока делителей частоты и входам блока разделения импульсов, выход которого подключен к входусчетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим входам й генератора функций Уолша, вход интегратора подключен к выходу блока аналоговых ключей, а его выкод явля- ( ется выходом генератора.ЮИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и радиотехнике и может быть использовано при проектировании источников электрических колебаний в .различных устройствах, применяемых в автоматике, измерительной и преобразовательной технике. Наиболее целесообразно применять изобретение в тех областях техники, где требуется создать высокостабильные колебания с достаточно малым шагом дискретности. 10 Известен генератор синусоидальных.колебаний, содержащий преобразователькода в напряжение, преобразовательнапряжения в частоту, делитель частолинейностью этой характеристики,Наиболее близким к предлагаемому является генератор гармонических колебаний, соцержащий блок делителей частоты) вход которого подключен к задающему генератору, блок разделения импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управляющим входом к выходу аналогового инвертора 2 3.Известный генератор имеет относительно сложную конструкцию и невысокую точность.Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повиаение точности за счет улучшения гармоничес 25 30 35 40 что генератор гармонических колебаний, содержащий блок делителей частовходы которого являются цифровымивходами генератора, а выходы подключены к соответствующим управляющимвходам дополнительного блока аналого-бОвых ключей и информационными входамицифроаналогоВого преобразователя,подсоединенного выходом к входу анаогового инвертора, информационныеходы и выходы дополнительного блока 65 ты с переменным коэффициентом деления, преобразователь код - аналог, усилитель постоянного тока 1 .Однако указанный генератор облада- . ет нестабильностью задания частоты, вызванной, главным образом, недостаточной стабильностью характеристики напряжение - частота и недостаточной кого состава синтеэируемых колебаний.Поставленная цель достигается тем, ты, вход которого подключен к зада ющему генератору, блок разделения импульсов и генератор функций Уолша, выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управляющим входом к выходу аналогового инвертора, содержит дополнительный блок аналоговых ключей, последовательно включенные счетчик и блок умножения, интегратор, цифроаналоговый преобразователь и преобразователь десятичных кодов в двоичные,аналоговых ключей подключены к соответствующим выходам блока делителей частоты и входам блока разделения импульсов, выход которого подключен к входу счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующимвходам генератора функций Уопша, входинтегратора подключен к выходу блока аналоговых ключей, а его выход является выходом генератора.На чертеже представлена схема интегратора гармонических колебаний,Генератор гармонических колебаний состоит из задающего генератора 1, блока 2 делителей частоты, дополнительного блока 3 аналоговых ключей, цифроаналогового Преобразователя 4 десятичных кодов в двоичные,. блока 5 разделения импульсов, счетчика б, блока 7 умножения, генератора 8 функций Уолша, блока 9 аналоговых ключей, аналогового ннвертора 10, цифроаналогового преобразователя 11 и интегратора 12Устройство работает следующим образом.С задающего генератора 1 импульсыпоступают на вход блока 2 делителей частоты. С целью упрощения блока 2 делителей и придания технологичности всему устройству каждый делитель в пределах декад осуществляет деление частоты на 2, начиная с частоты, кратной 8. Например, если создается генератор с дискретностью в 1 Гц в диапазоне. частот 1000-1 Гц, то пер-. вая декада частот имеет выходы 800, 400) 200, 100 Гц, вторая декада 80, 40, 20 и 10 Гц, а третья - 8, 4) 2 и 1 Гц, т.е. последовательность импульсов на выходе блока 2 является основанием двоичного кода. Это,с одной стороны, снижает аппаратурные затраты, так как делители упрощеныи. состоят из цепочки последовательносоединенных триггеров, а с другой стороны, с помощью стандартных блоков, используя дваичный код, поэволяет синтезировать последовательность импульсов, пропорциональных любой, в пределах задания, частоте.На вход преобразователя 4 поступает код задания (десятичный код) )который преобразуется в двоичный код. Этот код управляет соответствующийи аналоговыми ключами дополнительного блока 3 аналоговых ключей, что позволяет на выходе блока 3 получить последовательность импульсов, пропорциональную коду задания (десятичному числу), которая через блОк 5 разделения импульсов поступает на вход счетчика б. Чтобы блок 2 делителя частоты не вносил погрешность в точность задания частоты, частоту задающего генератора 1 целесообразно выбрать кратной 8, например 800, Эта частота обеспечит дискретность 1 Гц,цляпринятой емкости счетчика (100) в исходном состоянии все триггеры, кроме первого, должны находиться в нуле, Приходящий первый входной импульс опрокидывает этот триггер в состояние нуль, а последующий триггер устанавливается в состояние единица. Наконец, при поступлении сотого импульса единица поступает на вход блока 7 уножения, а счетчик б переходит в исходное состояние. Блок 7 умножения можно выполнить по разным схемам, но наиболее просто он выполняется, когда в нем осуществляется умножение на дробные числа 1/2, 1/4, 1/8 и 1/1 бВ этом случае блок 7 умножения состоит из цепочки последовательно соединенных триггеров. Чтобы умножение на дробные числа не ,вносило погрешности, целесообразно частоту задающего генератора 1 выбрать кратной 32. Тогда с учетом работы всех блоков и диапазона генериру-" емых частот, частота задающего генератора 1 должна быть кратна числу 32 80 10 Рц.Таким образом, на выходе блока 7 умножения появляется пять Функций Радемахера. Эти пять функций Радемахера подаются на генератор 8 Функций Уолша, в которых синтезируется 7, 11, 13, 19, 21 и 25 Функции Уолша (упорядочение Функций Уолша произведено по Пэли). Например, для синтеза семи Функций Уолша необходимо перемножить 1, 2 и 3 Функции Радемахера. Сигналы с выхода генератора 8 функций Уолша поступают на управляющие входы блока 9 аналоговых ключей, на одну группу неуправляеьих входов которого подаются сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 11 через инвертор 10. Преобразователь 11 изменяет величину напряжения на неуправляемых входах блока 9 аналоговых ключей в зависимости от синтезируемой частоты, Этот узел уменьшает количество Функций Уолша, необходимое для аппрокси.мации гармонических колебаний с требуемой точностью. Для доказательства этого положения представим синусоодальные колебания суммой обобщенного ряда фурье по ортогональным Функциям Уолшаз;ам. Е: с,К=Огде УИ) - система ортогональныхфункций, например Уолша,"д - коэффициенты ряда ФурьеУолша, определяемые по Формуле ь - число декад,Выражение (1) .отличается от клас 30 сическогоо х.1 (2) так как С Ф 1. При С = 1 определение Т затруднено. Гораздо точнее. можно определить Т, если принять значе- З 5 ние С достаточно большим, например С =. 100. Чтобы синтезировать заданную частоту при С = 100, следует в 100. раэ увеличить частоту задающего генератора, т.е. она будет опреде ляться как 100 У ., (Частота 1 о определена иэ (1) при С = 1) . Для выбранных для примера данных частота задакицего генератора. будет равна 80 10 ГцСледует. учитывать, что 45з.частота задающего генератора, равная 80 10 Гц, была получена только исходя иэ емкости счетчика и диапазона частот. При ее выборе пока не учитывались особеннЬсти работы блока умножения 7. С учетом работы блока 7 .частота будет корректироваться,Рассмотрим работу схемы, Выставим заданную частоту на входе преобразователя 4. Тогда импульсы от ге.:нератора 1 через блок 2 делителей частоты и соответствующие каналы дополнительного блока 3 аналоговых ключей, через блок 5 разделения импульсов поступают на вход счетчика б. В качестве счетчика б можно ксполь зовать кольцевые счетчики, которые представляют собой змкнутые в кольцо регистры сдвига, по которым под действием входных импульсов циркулирует одна кодовая единица. Например, для 65 выбранного для примера диапазона частот.Ввиду того, что в дальнейшем предполагается синтезировать гармонические колебания как сумму функций Уолша со среднеквадратичной, погрешностью 5 меньше 2, необходимо:иметь 1, 7, 11;13, 19, 21 и 25 функцию Уолша (упорядочение произведено до Пэли). Для синтеза этих функций Уолша требуется нять Функций Радемахера. Причем час- Я тота пятой функции в 32 раза превышает частоту перзой Функции.Радемахера.Счетчик .б имеет постоянную емкость . и поэтому при изменении количества импульсов, поступающих на его вход 15 время .заполнения счетчика б Тх изменяется согласно выражению(КО 2 "К Йц 2 РКУ,2 )ф 1 КГ 1 КЙ 2+КЮ ) - (К%2 +К 122020 Зо " 1 о оК Е 2 Т щС, (11 .где Х - частота задающего генератора;- канстанта; 25 К - коэффициенты, равные соответственно 0 или 1; с = з 1 вь 1 У (Ф)Ю. ф (4) к К оИзвестно, что при интегрированив ряды сходятся быстрее, что потребует для достижения той же самой точности аппроксимации меньшее число членов. С этой целью проинтегрируем (3)Тс 051 и 1 ФОдЧ (Цд,.кко кОВыражение (5) показывает, что коэффициенты ряда Фурье-Уолша зависят отчастоты. Чтобы это требование былореализовано в аппаратуре, опорное Онапряжение, подаваемое на неуправля-,емые входы ключей, должно изменятьсяв зависимости от частоты, что и выпол. няет блок 11. Кроме того, суммирование функций Уолша осуществляется наинтеграторе 12. В качестве интегратора может использоваться усилитель наи выходов (и - количество функцийУолша), в цепи обратной связи которого стоит конденсатор, а постоянныеинтегрирования по каждому входу определяется коэффициентами ряда ФурьеУолша. Генератор состоит из стандартных блоков вычислительной техники, а нестандартные блоки, генератор функций Уолша, могут быть легко синтеэирова ны иэ стандартных.1020839 Составитель А, МасловРедактор С. Квятковская Техред В,далекоРей Еорректор В. Вутяга одписн а лиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная 3899/42 ВНИИПИ Госуда по делам иэ 113035, Москва, Тираж 706ствениого койибретений и отк3-35, Раушская та СССРтийаб., д. 4