Генератор синусоидального напряжения

.(71) Томский орлеца Октции и орлеца Трудовогополитехнический институт. Грошевябрьской РеволюКрасного Знамени им. С, М. Кирова ство СССР6, 1973.во СССР/06, 1972 (прот ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(54) (57) 1. ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий после довательно соединенные суммирующий усилитель-инвертор, первый интегрирующий усилитель и второй интегрирующий усилитель, выход которого подключен к первому входу суммирующего усилителя-инвертора, а также первый и второй генераторы тока, выходы которых подключены к второму входу суммирующего усилителя-инвертора, потенциометр, первый второй и третий компараторы, при этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к входу первого компаратора и одному выводу потенциометра, отличающий- . ся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и длительности переходных процессов, в него введены последовательно соединенные инвертирующнй усилитель, вход которого подключен к выходу второго интегрирующего усилителя, и четвертый компаратор, а также комбинационный логический блок, первый, второй, третий и четвертый входы которого подключены к выходам соответственно первого; второго, третьего и четвертого компараторов, а первый и второй выходы - к вхолам соответственно первого и второго генераторов тока, прц этом выход первого интегрирующего усилителя подключен также к вхолу второго компаратора, а выход инвертирующего усилителя полключец к другому выводу потецциометра, отвод которого полключен к входу третьего компаратора, комбинационный логический блок выполнен в виде трех ццверторов, четырех перемножцтелей и двух сумматоров, при этом первый вход первого перемножителя является первым входом комбинационного логического блока, первые входы второго и третьего перемножитслей ц вход первого инвертора объединены и являются вторым входом комбинационного логического блока, второй вход первого перемцожителя и.вход второго инвертора объединены и являются третьим вхолом комбинационного логического блока, вход третьего цнвертора, второй вход третьего перемцожителя и.первый вход четвертого перемножителя объединены и яв- Ж ляются четвертым входом комбинационного логического блока, выхол первого инверто- Яф ра подключен к третьему входу первого пере- уфецф множителя, четвертый вход которого подклю- ффффф чец к выходу третьего инвертора, а выход первого персмцожцтеля подключен к перво.му вхолу первого сумматора, второй вход маша которого подключен к выходу четвертогоа перемножителя, а выход первого сумматора является первым выходом комбинационного логического блока, выход второго ццвертора СР подключен к вторым входам второго и чст. Ьь) вертого перемножитслей, выход второго пе- ф рсмцожцтеля подкл)очен к первому входу 1 р второго сумматора, второй вход которого, подключен к выходу третьего перемножите.ля, а выход второго сумматора является вторым выходом комбинационного логического блока.2, Генератор по п. 1, отяичающийс темфв что, с целью уменьшения длительности переходных процессов, в комбинационный логический блок введены последовательно сослиценные четвертый ицвсртор, вхол которого подклк чец к первому входу комбинационно.го логи геского блока, и пятый псрсмцожи1,166260 40 45 тель, второй вход которого подключен к третьему входу комбинационного логического блока, третий вход - к выходу третьего ин 1Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано для получения синусондальных колебаний стабильной амплитуды с малыми нелинейными искажениями и малым временем установления амплитуды колебаний.Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и длительности переходных процессов.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема генератора синусои. дального напряжения; на фиг. 2 и 3 варианты выполнения комбинационного логи ческого блока; на фиг. 4 - фазовая плоскость переменных напряжений.Генератор синусоидального напряжения содержит (фиг. 1) суммирующий усилитель-инвертор 1, первый 2 и второй 3 интегрирующие усилители, инвертирующий усилитель 4, потенциометр 5, первый б, второй 7, третий 8 и четвертый 9 компараторы, б комбинационный логический блок 10, первый 11 и второй 12 генераторы тока. При этом комбинационный логический блок 10 содержит (фиг. 2) первый 13, второй 14 н третий 15 инверторы, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертЫй 19 перемножители, пер вый 20 и второй 21 сумматоры, а также дополнительно (фиг, 3) - четвертый инвертор 22 н пятый перемножитель 23.Генератор синусоидального напряжения работает следующим образом.При подаче напряжения питания на генератор синусоидального напряжения в колебательном звене возникают синусоидальные колебания с амплитудой, определяемой начальными условиями и состоянием выходных сигналов компараторов 6 - 9. Пороги сра. .батывания компараторов 6-9 выбираются так что компараторы 7 и 9 срабатывают при напря кении на их входах больше -ф 43. При том на их выходах сигнал меняется с низкого до высокого уровня, Сигналы низкого уровня можно принять за логический ноль, а сигналы высокого уровня за логическую единицу. Компаратор 8 срабатывает, если на его входе, напряжение становится меньше нуля, а компаратор б - когда напряжение становится больше нуля, Дальнейшее изменение амплитуды колебаний зависцт от начальных условий и, следовательно, от состоя ний компараторов 6 - 9. вертора, а выход пятого перемножителя подключен к дополнительному третьему входувторого сумматора. 2Процесс изменения амплитуды колебаций удобно изобразить на фазовой плоскости переменных напряжений на выходе первого 2 (Ит) и второго 3 (Их) интегрирующих 5 усилителей (фиг, 4), На фазовой плоскостинаряду с осями координат, соответствующими йапрякениями И 1 и И, показаны линии б, 7, 8 и 9. Этими линиями обозначены на пряжения срабатывания компараторов 6 - 9.Например, есди напряжение 131 на выходе первого 2 интегрирующего усилителя больше нуля, но меньше - - Ц то срабатываетМкомпаратор б, если это напряжение (3больше - Ц, то срабатывают компараторы 7Ли 9, При напряжении 13 на выходе вто рого интегрирующего усилителя 3 меньше - ф 1 Ли срабатывает компаратор 9, так как после инвертирующего усилителя 4 оно становится положительным и больше7 Ып. И, наконец, компаратор 8 срабатывает, если сумма напряжений 1.31 и У отрицательна и точка на фазовой плоскости лежит выше линии 8.Пусть начальные условия (напряженияна конденсаторах интегрирующих усилителей 2 н 3) таковы, что срабатывает только 25, компаратор 8. В этом случае напряжениена его выходе соответствует логической единице, а на выходах остальных компараторов 6, 7, 9 - логическому нулю,Изображающая точка находится в секторе У, например, в положении А. На переЗ 0 множители 16 - 19, связанные с компараторами 6, 7 и 9, поступают напряжения низкого уровня, соответствующие нулю, следовательно, на их выходах действует напряжение равное нулю. Таким образом, после суммирования в сумматорах 20 и 21 напряжений З 5 на выходах комбинационного логического блока 1 О действуют сигналы низкого уровня, недостаточные для включения генераторов 11 и 12 тока. Колебания в колебательном звене начинаются с амплитудой, соответствующей начальным условиям, и продолжаются по синусоидальному закону, которому на фазовой плоскости соответствует дуга Аа с центром в начале координат, В момент пересечения изображающей точкой линии 8 в точке а напряжение на выходе компаратора 8 понижается, но это не меняет напряжений на выходах комбинационного логического блока 10. Колебания продолжаются с прежней амплитудой. Напряжения навыхолах комбинационного логического блока 10 не изменяются и когда изображающаяточка пересекает линию 6 (ось 1)в). При этом срабатывает компаратор 6. Напряжение на его выходе принимает значение 1. Это напряжение не изменяет выходного .ца. пряжения перемножителя 16, так как ца входе, связанном с выходом компаратора 8, в этот момент действует 0, следовательно, произведение равно нулю и состояние выходов комбинационного логического блока 1 О не меняется. Движение изображающей точки происходит до точки в. И только когда изображающая тбчка пересекает линию 8в точке в, срабатывает компаратор 8, тогда на всех входах перемножителя 6 действуют высокие уровни. На его выходе появляется высокий уровень, который после сумматора 20 включает генератор1 тока, Это приводит к тому, что последующее движение изображаьоьцей точки происходит от точки в к точке с по луге новой окружности с центром в точкесс, смещенной относительно начала координат влево,Когда цзоб раж аюьцая точка достигает точки с, включается компаратор 7, который своим сигналом после инверсии в инверторе 13 закрывает перемцожцтель 16, при этом на первом выходе комбинационного логического блока 10 снова появляется 0, генератор1 тока выключается и изображающая точка, движется по дуге сд окружности с центром в начале координат. В момент, соответствующей точке с), компаратор 7 выключается, открывается перемцожитель 16, появляется 1 з на первом выходе комбинационного логического блока 1 О, включается генератор 11 тока, центр окружности последующего лвиженияизображающей точки смещается в точкуос. Колебания нарастают, срабатывает компаратор 7, сигнал на первом выходе комбинационного логического блока 10 исчезает, движение снова происходит по окружности с центром в начале координат. Затем траектория в очередной раз пересекает линию 7, и все процессы повторяются.Дальнейшее движение происходит вдоль, линии 7, возникает так называемый скользящий режим. Длина отрезка скользяьцего режима равна - - .)пь при аса р- - Ця На фиг. 4 отрезок скользяьцего режима обозначен волнистой линией. В результате цзображающая точка лостцгает точки е ца окружности, соответствующей стационарным колебаниям с заданной амплитудой Ьц. Последуюпее движение.происходит по окружности до точки 1 и далее ло точки д, т.е. в гене-раторе устанавливаются синусоцлальцые колебания с амплитудой Ы; Для устранениявозможных погреипьостей установки уровней ком пар аторов 6 - 9 испол ьзуется потец цио-. метр 5, с помощью которого уменьшается длительность паразитных импульсов, возникающих в окрестностях точек е, 1, д.35 известным, в котором Корректььруюьцее ца 40 45 50 где 55 5 1 О 15 20 25 30 Лььалогичцо можно рассмотреть процесс нарастания колебаний и прц других цдчдль. ных условиях внутри окружности стационарного режима.Если же начальные условия соответствуют точке В, находящееся вне окружности стационарного режима, то срабатываьот все компараторы 6 - 9. Сигььалы с выходов компараторов 7 и 9 после перемножителя 18 и сумматора 21 вызывают появлециеца втором выхоле комбинационного логического блока О, который включает генератор 12 тока. Изображающая точка начинает движение по окружности с центром в точке Я по дуге Вк. В момент, соответствующий точке к, генератор2 тока выключается до точки е. В точке е включается генератор 12 тока. При этоль амплитула колебаний последовательно уменьшается. При достижении изображающей точкой точки я возникает сколь. зящий режиль, приводящий ее по линни 6 на окружность в точку д. Длина отрезка ско.ььзььцего режима в этом случае равнаСь --- .)м) Дальнейшее движение происходит по окружности, соответствующей стационарному режиму, через точки е, 1, д.Из приведенного описашся работы геььератора ясно, что генератор 1 тока включается, когда изображающая точка попаддет в области 1 ц ч, а генератор 12 токав области Ц и 11 фазовой плоскости. Очевидно, что на окружности, соответствующей стационарному режиму, генераторы 11 и 12 тока не включаются, не вносят корректирующего воздействия и, следовательно, нелинейные искажения выходного напряжения минимальны. Это определяет прецмуьцество предлагаемого устройства по сравнению с прякеььие присутствует и в стационарном режиме, приводя к существенным нелицейнььм искажениям.Наличие в предлагаемом геььератор скользящих режимов работы сокращает длц тельцость переходных процессов прц установлении амплитуды колсбашьй и лелдет цх принципиально конечной ллительььостьь, Время перехолного процесса в предлагаемом генераторе, как видно цз фиг. 4, не превышает- 1,5 периодов колебаний. И, что особенно важно, сокрдщение длительности переходных процессов це приводит к появлению нелинейных искажений.Для фуцкццоццровация предлагаемого генератора комбинационный логический блок 10 (фььг. 2) реализует следующие логи" ческие функции цад входными переменнымиИ ь ) =Иэ + ИИ Ия И,Иг,йо)= ИГИ 9+ 1 тИ 8. (1) логические переменные на соответствующих выходах комбинационного логического блока 1 О. и цд выходах соответствующих компараторов 6 - 9, 66260Каждое слагаемое в Ио) и Иготражает комбинацию логических переменных, при которой происходит включение генера. торов 11 и 12 тока,.Так, при появлении 1 на выходах компараторов 9 и 7, что соответствует области 11 фазовой плоскости, Иапо принимает значение 1 и включается генератор 12 тока. Этот же генератор 12 тока включается, когда 1 появляется на выходе компаратора 7, а 0 - на выходе компаратора 8, что соответствует области 111. При любых других состояниях компараторов 6 - 9 Ия(4 принимает значение 0.Логическая 1 на первом выходе комбинационного логического блока 10 появляется также в двух случаях, когда срабатывают компараторы 8 и 6, но еще не сработали компараторы 9 и 7 - это соответствует области 1, ограниченной обжег, и когда срабатывает компаратор 9, но еще не сработал компаратор 8, т.е. в области 1 Ч.Учитывая это, легко понять как работает генератор синусоидального напрякения, в котором комбинационный логический блок 10 выполнен по второму варианту (фнг, 3). В этом комбинационном логическом блоке 10 реализуются следующие логические функции: ИЮ=АИ 9 + Ив. ИгИвИд;Иг 1 ИтИ 9 + Иг И 8 + И 1 И 8 И 9 (2)Логические функции 2 отличаются отлогических функций (1) только наличием слагаемого И-И 8-И. Если обратиться к фазовой плоскости, то видно, что это слага.емое принимает значение 1, если изображающая точка попадает в область Ч, ограниченную треугольником ог 1. Гоявление еди Оницы на первом выходе комбинационного логического блока О приводит к включению генератора 11, тока, тогда траектория движения изображающей точки проходит вдоль кривой Аа, всде Г 1 ри этом время достижения изображающей точкой окружности (т,е) сокращается почти на 20% при тех ке нелинейных искажениях.Как видно из анализа работы генераторав областях 11, 111 и 1 Ч происходит уменьшение амплитуды колебаний, а в областях 1 и Ч - увеличение. Для стабилизации коле баний достаточно иметь по одной областиуправления вне и внутри окружности стацио парного режима, например, 1 и 11 или 1 и 11. При этом упрощается схема комбинационного логического.,блока О, но возрастает длительность переходных процессов либо вне, либо внутри окружности.. ВНИИПИ Государственного кно делам изобретений н113035, Москва, Ж - 35, Раушсфилиал П ПП Патент, г, Ужгород иенкоКорректор Г.Подписноемнтета СССРоткрытнйая наб., д. 4/5ул. Проектная