Генератор гармонических сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 500 5 ГОСУДАР СТ ВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР "т. 744904, кл, Н 03 Г. 5/00, 21,04,78,Авторское свидетельство СССР М 1543534, кл. Н 03 В 27/00, 02.11,87 (54) ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГ НАЛОВ(57) Изобретение относится к радиотехник и может быть использовано в прецизионных калибраторах переменноо напряже ния. Цель изобретения - пооьшени; точности стабилиаации амплитуды выход ных сигналов, Генератор содержит задаоЫ 1626379 А 1 щий генератор 1, реверсивные счетчики (РС) 2 и 16, блок постоянного запоминания (БПЗ) 3, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 4,17-19, усилитель 5 мощности, коммутаторы б и 8, преобразователь напряжения (ГН) 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, регистры 10 и 12 памяти, вычитатель 11 кодов, цифровой компаратор 13, регистры 14 и 15 последовательного приближения, суммагор 20, источник 21 опорного напряжения и блок 22 синхронизации. Во время работы происходит цредваригельная калибровка: сцероа калибруется ЦАГ 1 4, далее калибру- ется ПН 7 После этого генератор переходит в режим стабилизации амплитуды а затем в режим отслеживания амплитуды. Г оставленая цель Лестиается путем исклочг ия влия коэффициета переда и ПН 7 3 ил,Изобретение относится к рьдиотехнике и может быть использовано в прецизионных калибраторах переменного напряжения.Цель изобретения - повышение точности стабилизации амплитуды выходных сигналов.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема генератора гармонических сигналов; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока синхронизации; на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие р; боту генератора гармонических сигналов.Генератор гармонических сигналов (фиг.1) содержит задающий генератор 1, первый реверсивный счетчик (РС) 2, блок 3 постоянного запоминания (БПЗ), перзый цифроаналоговый и реобразоваэ ел ь (ЦАП) 4 усилитель 5 мощности, первый коллутатор 6, преобразователь 7 напряжения, второй коммутатор 8, аналого-цифровой преобра зователь(АЦП) 9, первый регисгр 10 памяти, вычитатель 11 кодов, второй регистр 12 памяти, цифровой компаратор 13, первый 14 и второй 15 регистры последовательного приближения (РПП), второй реверсивный счетчик(РС) 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 цифроаналоговые преобразоватети (ЦАП), сумматор 20, источник 21 опсрногс напряжения (ИОН) и блок 22 синхронизации.Блок 22 синхронизации (фи .2) содер жит первый элемент ИЛИ 23, первый, втс рой, третий, четвертый и пятый О-триггерь: 24 - 28, первый инвертор 29, шестой О-триггер 30, первый, второй и третий эле лент: ИЛИ - НЕ 31 - 33, второй элемент ИЛИ "4 второй элемент И 35, второй инвертор 36, третий элемент И 37, третий инвертор 38, первый 39 и второй 40 мультиплексоры, седьмой О-триггер 41, четвертый - седьмой элементы И 42 - 45, одноеибратор 46 и первый элемент И 47.Генератор гармонических сигналов работает следующим образом.Первый из четырех этапов, этап калибровки первого ЦАП 4, начинается с того, что блок 22 синхронизации вырабатывает сигнал установки исходного состояния (фиг.За), который устанавливает первый 14 и тороЙ 15 РПП, второй РС 16 и АЦП 9 в исходное состояние (напряжение на выходах второго 17, третьего 18 и четвертого 19 ЦАП равны 0), Второй коммутатор 8 переключает напряжение Ооп с выхода ИОН 21 на вход АЦП 9, В первом такте работы АЦП 9 преобразует это напряжение в цифровой код чоя, который запоминается в первом регистре 10 (рис.Зж), Во втором гакте второй коммутатор 8 (фиг,Зв,г) переключается так, чтобы на10 входе АЦП 9 было напряжение общей шины Ооб, Эта НаПРЯжЕНИЕ ПРЕОбРаЗУЕтСЯ В ЦИфРовой коД Моб и поДаетсЯ на вычитатль 11. Таким образом, по окончании второго тактаработы АЦП 9 (фиг, Зб) во второй регистр 12записываетсЯ ЦИФРовой коД Разности Йр 1(фиг. Зз), который описывается выражениемЙр 1=йоп Боб=(Ооп Ооб) КАЦП (1)где Кдцп - коэффициент преобразованияАЦП 9.Затем наступает первый цикл калибровки первого ЦАП 4. Для этого второй коммутатор 8 переключается так, чтобы на в ос, АЦП 9 поступал сигнал прямо с выхода пер 15 вого ЦАП 4. Рассмотрим подробнее работублока 22 синхронизации при управлении и 1 орьол коммутатором 8. Первый и второй мультиплексоры 39 и 40 (фиг,Зв,г) управляются выходным сигналом второго эл;мента 20 И 35, а их выхсдные сигналы являются первьнл выходом управления блока 22 синхронизации и поступают на управляющий вход второго коммутатора 8, При коде "00" второй коммутатор 8 подключает к своему вы ходу ИОН 21; при коде "10" - улевую шину;при коде "01" - выход первого ЦАП 4; при коде "11" - выход усилителя 5 мощности,Аналогично устанавлива;ся управление первыл кс;лмутатором 6, при этом е ли :;0 пэ втором выходе управления блока 22 синхронизации, являк.щемся выходом седьмого -тригера 41, будет "0", на вход ПН 7 поступает сигнал с выхода первого ЦАП 4, а если "1" - с выхода усилителя 5 мощности.В первом такте первого цикла калибровки первого ЦАП 4 БПЗ 3 по сигналу с третьего выхода управления блока 22 синхронизации фиксирует на своих выходах цифровой коц Смакс, соответствующий максимальному 40 значению ординат гармонической ФункцииС(1), хранящихся в БПЗ 3, Для этого на выхсах четвертого элемента И 42 (рис,Зд) и третьего инвертора 38 (рис.Зе) устанавливается код "00". При этом на выходе первого 45 ЦАП 4 появляется напряжение, которое преОбраэуЕТСя В КОД Гчмакс И ЗдПОМИгЭдЕТСЯ В первом регистре 10, Во втором;акте ЕПЗ 3 пэ сигналу из блока 22 синхронизации "10" устанавливает на выходе код Смин, соответ ствующий минимальному значению функции С(т), Напряжение, сфорлированное первым ЦАП 4, преобразуется в код Имия и вычитается В вычитателе 11 из кода Имакс и .э итоге на другсй вход цифровс-о компара тора 13 подается код разности Мр 21, соотсетствующий выражениюРЭр 21=Ммакс, - Мминг(Смакс Смин)КЦАП КЦАП 1 (2)где Кцдпл - коэФфиц,;ент преобразования первого ЦАП 4.ЦифРовой коД йр 1 из втоРого РегистРа 12 поступает также на вход цифрового компаратора 13, на выходе которого формируются сигналы е 1 иао 1 . опиСываемые выражениями(10) где 1 - порядковый номер цикла калибровки первого ЦАП 4:и - число циклов калибровки и разрядность первого РПП 14.Таким образом, по окончании этапа калибровки персого ЦАП 4 на его вход опорного напряжения будет поступать такое напряжение, чтобы выполнялось равенство ЗНаЧЕНИй КОДОВ Гчрт И йр 2 п С тОЧНОСтЬЮ ПО- ловины их младшего разряда. Поскольку 1, Йр 1 = птр 21 (4) О,йр 1 ф Йр 21,Значение е 1 записывается в первый РПП 14, и он выдает на вход второго ЦАП 17 код, который преобразуется в значение калибровочного напряжения Окт, соответствующее выражение01 т 1 ( Е 1 Е 1 )Кцап 2 (5)2где я 1- величина, обратная кт в первом цикле калибровки;Кцап 2 - коэффициент пРеобРазовдниЯ второго ЦАП 17.Это напряжение поступает на сумматор 20, на выходе которого формируется напряжение Ор 11, равноеОопОр 11=0 оп+Ок 1 =т,тогт + ( :1 Г 1 )КЦАгП 22(б)После этого наступает второй цикл калибровки первого ЦАП 4, который полнг- стью повторяет первый и Формирует НаПРЯжЕНИЯ Ок 2 И Ор 12. СООтВЕтСтВУЮЩИЕ выражениям012 =- ( ет - 1 ) + -- ( т 2 т 2с2 4Кцап 2 (7) Ор 12=Ооп +Ок 2=0 оп ++ Г 2 (с 1 - ст ) + 4 (с 2 - 2Кцэгг 2, (8)Далее проводится столько циклов калибровки, чтобы заполнились все разряды первого РПП 14(фиг, Зи,к). В итоге сформируются напряжения О, и Ор 1, имеющие видП1,г - ЕгОК=ОгпКцап 2 , (9)г=1 25 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при достаточно большом значении и этой погрешностью можно пренебречь, то для этапа калибровки можно записатьЙр 1 Йр 2 п, (11) (Ооп-Ооб) Кацп (Смакс Смин) Кцап 1 Кацп (12)Из выражения (12) видно, что разность между максимальным и минимальным значениями гармонического сигнала, формируемого откалиброванным первым ЦАП 4, равна значению постоянного опорного на.пряжения ИОН 21.На втором этапе работы генератора гармонических сигналов производится калибровка преобразователя 7 напряжения. Для этого в первом тахте первый и второй коммутаторы 6 и 8 переключаются таким образом, чтобы сигнал с выхода первого ЦАП 4 О,г(1) поступал на вход преобразователя 7 напряжения, а с его выхода напряжение Оог(1) Кпн, где Кпгт - коэффициент преобразования преобразователя 7 напряжения, подавалось на вход АЦП 9, По окончании первого такта в первый регистр 10 запишется цифровой код Игг, соответствующий выражениюМог = Оог(1) Кпгг = КАЦО. (13) Во втором такте нд вход АЦП 9 через втсройт коммутдтор 8 подается напряжение общей шины Ооб. В итоге Формируется код Г 4 г ггьгчиг;ттгтется рдзность гтрз=гчпг-Ь 4 об и записывается во второй регистр 12 Таким образом, по окончании второго этатг т во втором регистре 12 сформировдн и хранится опорный цифровой код Мрз, относительно которого осугцествгпется вся ддльнейшагт стдбилиздцич амплитуды выходного напряженит генгтрдторд гармонических сигналов. Значение Мрз описывдется выражениемИрз Мо Игб- Оог(т) Кпн - ттогг Кэцп. (14) Нд третьем этапе - этапе стабилизации дмплитудьг выходного напряжения первый коммутатор 6 переводится в положение, при котором на вход преобразователя 7 напряжения подается сигнал Овг(т) с выхода усилителя 5 мощности, Второй коммутэтор 8 в каждом цикле стабилизации подает на вход АЦП 9 сндчдлд напряжение Овг(1) Кпн с выхода преобразователя 7 напряженг я, а затем напряжение Ооь общей шины, Количество циклов стабилизации и алгоритм Формирования стабилизирующего напряжения Ост с ттомощьк второго РПП 15 и третьего ЦАП 18 дндлогичны формированию калибровочного напряжения О(рис, Зм,н), Поэтому по аналогии с (9) можно записатьр - гОсг = Ооп Кцапа , 1 (15)где Кцапз - коэффициент преобразованиятретьего ЦАП 18;) - порядковый номер цикла стабилизации,Регулирующее напряжение на выходесумматора 20, нэ влод с которого поступаетстабилизирующее напряжение О.т, будеттеперь иметь видОр 2 = Ооп + Ок + Ост = Оог (1+Кцап 2 ХП П г",Х- + Кцапз " ) ) . (16))=1 2 =1 21По окончании режима стабилизации поаналогии с (11) и (12) можно записатьМрз =- Мр 4 п, (1.)Оог(т) Кпн Ооо 3= Кацп = Овг(т) Кпн Оов )Капп(18)или Оог(т) = Овг(1) (19)Наконец четвертый этап - эгэп отслеживания - является продолжением этап-.тстабилизации,Разница заключается лишь в том, чтонапряжение отслеживания Оог формируегся вторым РС 16 и четвертым ЦАП 19 сПОСТОЯННЫМ ДИСКРЕтОМ Л тттт, ОПРЕДЕЛЯЕмым разрядностью и коэффициентом преобразования четвертого ЦАП 19 Кцво 1(фиг.За), По аналогии с (9) и (15) для Отслеживающего напряжения можно записатьгпОот = - .Кцаг 4, (гк -) (20,Оотгде К - порядковый номер ц 11 кл;отслеживания;п 1 - число циклов отслеживания,Число гп может быть сколь угодно большим и выбирается из условия обеспечениядолговременной стабильности выходнси э ",плитуды генератора в задан,х пределах,Очевидно, что ээчение дискрег,Л(Ат не должно превышать зна ение приращения стабилизирующего напряженияОст в и-м цикле стабилизацииТаким образолт, из выражения (19) видНО, ЧтО В УСтаНОСИВШЕМСЯ РЕжИМЭ(Мрэ=.ярк )амплитуда выходного сигнала генераторапропорциональна только амплитуда опорного сигнала Оог,1) и не зависит от коэффициента Кпн, Это и обеспечивает достижениепоставленной цели,Для повышения быстродействия генератора на э-эвах калибровки первого .ЛАП 4и стабилизации используется выход рэгтенства кодов цифрового компарэтора 13. БслУчае Равенства коДов гчр 1=Ир 21 илигтгз=йр 4 во вРемЯ любых 1-го или )-го Цикловэтих этапов на выходе равенства кодов формируется управляющий сигнал (фиг. Зп), покоторому в первом РПП 14 или втором РПП15 соответственно фиксируется текущеезначение выходного цифрового кода и пкло 5 10 15 20 2 э 40 45 50 55 чается следующий этап работы генератора (фиг. Зи, м).Формула изобретения Генератор гармонических сигналов, содержащий последовательно соединенные задающий генератор первый реверсивный счетчик, блок постоянного запоминания и первый цифроаналоговый преобразователь, э также второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи, сумматор и источник опорного напряжения, выход которого соединен с входол опорного напряжения второго цифроаналогового 11 реобрэзователя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности габилизэции амплитуд,1 выходных сигнэлов, введены последовательно соединенные усилитель мощности, вход которо о соеди- тЕН С ВЫХОДОМ ПЕРВОГО ЦИфРОаНаЛОГОВОГО преобразователя, первый коммутатор преобразователь напряжения, второй коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, первый регистр памяти, вычитэтель кодов, второй регистр памяти и цифровой компаратор, а также первый и второй регистры последовательного приближения, второи пегтерсигтгый счетчик и блок синхронизации, пр,1 этом выход цифрово. ко тгтарэпрэ соединен о информационными входами ПЕРВОГО И ВтГРцго ОСГИСтРОВ ПОСЛЕДОВатв Ь- ного приближения ц входом управления нэ- П рЭ; 1;1 И -:Л; СЧЕта Ь И рс ГО рЕВЕПСИ ВНОГО счетчика, входы второго, третьего и четвер-ого цифроаналоговь 1 х преобразователе т ,.ОЕДИНЕНЫ С ВЬ ХОДЭМИ СоотВЕтСтпЕт 10 ПЕР- вог 0 и второго регистров по.,едпвг 1 ел 1 О го гриближения и второго эверс",в 1 О 1, счетчика, выходы втгтрого, третьего и тет вертого цифроаналоговых гтреобразо а:- лсй соединены соотве 1 стэегно с;е,. м вторым и третьим входам,1 сумматора, четвг ргьй вход которого соединен с нходами опорного г эпряж" ния третьего и четьертого цИфрОаНЭЛогОрЫХ ПрЕОбраэоеатЕЛЕИ ПЕрВЫМ СИГНЭЛЬНЫМ ВХОДОГВтОРОГС КОЛ,тутатОРЭ, УПРаВЛЯЮЩИй ВХОД КОТОРОГО г:ОСДИЕН С первым выходом управ 1 енир 1 ока синлронизации, выход сумматора со.динен с вхо- дОМ ОПОРНОГО НЭПряг+,ОНИя ПЬГСОГО цлфроаналогового преобра Овагеля, пыход которого соединен с друг "м входом первого кол 1 лутэорэ и вторым сигнал,ным входом второго коммута 1 ора, третий сигнальный ;ход котороо соединен с обгцеи шиной гнератора гармонически сигналов, выход сигтала окончания цикла гтреобрэ товлния аналого - цифрового преобразовэтел ВЫХОД рЭВЕНСтяа КП 1 О 1 цИГГРОВОГО КОМ- гэрэтора и выходы,эполнения первп- ГО И ВЕРОГО РЕГИСТРОВ ПОСПЕДОВатСЛЬ 1626379 10ного приближения соединены с соответствующими входами блока синхронизации, другой вход цифрового компаратора соединен с выходом вычитателя кодов, другой вход которого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, первый и второй выходы сигнала записи блока синхронизации соединены с входами записи соответственно первого и второго регистров памяти, второй и третий выходы управления блока синхронизации соединены соответственно с входом управления первого коммутатора и управляющим вхоАй/19 дом блока постоянного запоминания, тактовые входы первого и второго регистров последовательного приближения и второго реверсивного счетчика соединены с соот ветствующими выходами блока синхронизации, выход сигнала установки исходного состояния блока синхронизации соединен с входами предварительной записи первого и второго регистров последовательного при ближения, второго реверсивного счетчика ианалого-цифровогопреобразователя, выход усилителя мощности является выходом генератора гармонических сигналов,16263791 Э Ф,Э Фй 1 сФ М 33 АЗ сЭ Ч Ъ Ч Ъ ЫЭ Ф 1 ф 3 М ф М Ъ:, "Ъф ставитель А.Мышакинхред М,Моргентал Корр Редактор В.Данк ор А,Осаулен Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 285 ВНИИПИ Го Тираж. 444енного комитет13035, Москва,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 5, Раушская наб 4/5