Генератор сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б 1) Дополнительное.к авт, свид-ву- (22) Заявлено 070679 (21) 2780563/Х 8-21 с присоединением заявки Но/(23) ПриоритетОпубликовано 15.04,81. Бюллетень М 14 Союз Советскнк Соцнааистнческих Республик(53)М. Кл.з Н 03 К 21/00 Государственный ммитет СССР во делаа изобретений и отрвтийДата опубликования описания 150481(54) ГЕНЕРАТОР СИГНАЛ дуетбольш30 ров Изобретение .относится к электро" измерительной технике, преимуществен но кгенерированию сигналов низкой и инфраниэкой частоты, и может быть использовано в приборостроении при создании генераторов сигналов в диапазоне.низких и инфраниэких частот.Известны различные схемы построения генераторов сигналов, основанные на преобразовании частоты и выделе"нии биений (1) .Однако такие генераторы обладают недостаточной стабильностью частоты.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор сигналов, структурная схе" ма которого содержит задающий гене" ратор, вспомогательный генератор, преобразователь частоты (нелинейный смеситель), фильтр нижних частот и усилитель (в приведенном примере усилитель в дополнение к основным своим функциям усиления сигнала выполняет функции выделения разностной Частоты, в связис чем Фильтр нижних частот отсутствует).В таком генераторе сигналов. выходные напряжения задающего и вспомогательного генераторов подаются соответственно на сигнальный и управляющий входы 2преобразователя частоты. Раэностнаячастота (биения частот задающего Ивспомогательного генераторов) на выходе преобразователя частоты выделя"ется с помощью фильтра нижних частот и усиливается усилителем (21Основным недостатком известногогенератора сигналов на биениях явля"ется повышенная нестабильность час)тоты выходного напряжения.Трудность обеспечения стабильностичастоты выходных колебаний в основном и ограничивает применение генераторов сигналов на бйениях в диа пазоне низких и инфраниэких частот.Другой недостаток известного генератора сигналов на биениях заключается в невысокой стабильности амплитуды получаемого выходного напряже ния:, проявляющийся в основном вслед"ствие низкой температурной и временной стабильности применяемых в смесителе нелинейных элементов, а такженепостоянства амплитуд выходныхнапряжений задающего и вспомогательного генераторов.Недостатком этого генератора слетакже считать сравнительноое время установлегия параметвыходных колебаний (амплитуды,65 фазы и частоты) при включении и перестройке частоты генератора. Причиной этого является постоянная времени фильтра нижних частот, применяемого на выходе смесителя, величинакоторой зычно значительно превосходит величину периода преобразуемогонапряжения.Цель изобретения - повышение стабильности частоты и амплитуды выходного напряжения генератора сигналов,а также сокращение времени его установления,Поставленная цель достигаетсятем, что в генератор сигналов, содержащий задающий генератор, подклю-ченный к сигнальному входу преобразователя частоты, выход которого соединен через фильтр нижних частот свходом усилителя, введены одновибратор и устройство запуска, включающее в себя два нуль-органа, два триггера, интегратор, инвертор, электронный переключатель, пять формирователей коротких импульсов, шесть элементов И, два элемента НЕ и элементИЛИ, при этом вход оцновибратора соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен через последовательноесоединение первого элемента НЕ ипервого формирователя коротких импульсов к первым входам первого ивторого элементов И, а также непосредственно к управляющим входампреобразователя частоты и интегратора, который своим сигнальным входомсвязан с выходом электронного переключателя, первый и второй сигнальные входы которого соединены соответственно с выходом инвертора и еговходом, подключенным к шине постоянного напряжения; управляющий же входэлектронного переключателя соединенчерез второй формирователь короткихимпульсов с первым входом третьегоэлемента И, а также непосредственнос вторым входом первого элемента Ии первым выходом первого триггера,второй выход которого связан непосредственно с вторым входом второгоэлемента И и через третий формирователь коротких импульсов с первым входом четвертого элемента И, а счетныйвход подключен к выходу первого нульоргана, который своим входом связанс выходом задающего генератора; выходы первого и второго элементов Исоединены попарно с первым и вторымвходами второго триггера, соответствующие выходы которого попарно соединены с первыми входами пятого и шестого элементов И, которые своими выходами подключены к первому и второму входам элемента ИЛИ, третий и четвертый входы которого связаны с выходами соответственно третьего и чет-.вертого элементов И, вторые входыкоторых соединены соответственно через четвертый и пятый формирователи коротких импульсов с вторыми входамипятого и шестого элементов И, крометого, второй вход третьего элементаИ связан непосредственно с входомвторого элемента НЕ и с выходом второго нуль-органа вход которого,подключен к выходу интегратора, а второй вход четвертого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ.На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого генератора сигналов.Генератор сигналов содержит задающий генератор 1, преобразователь 2частоты, фильтр 3 нижних частот,усилитель 4, одновибратор 5, устройство 6 запуска, включающее в себя нульорган 7, триггер 8 со счетным входом,электронный переключатель 9, инвертор 10, интегратор 11, нуль-орган12, элементы НЕ 13 и 14, формирова тель 15 коротких импульсов, элементы И 16 и 17., триггер 18 с раздельным запуском, формирователи 19-22коротких импульсов, элементы И 23-26и элемент ИЛИ 27.р 5 Выход задающего генератора 1 связан с сигнальным входом преобразо-вателя 2 частоты, который своим выходом через фильтр 3 нижних частотподключен к входу усилителя 4. Управляющий вход преобразователя 2частоты соединен с выходом одновибратора 5, вход которого подключен квыходу элемента ИЛИ 27 устройства 6запуска. Кроме этого,к выходу одновибратора 5 подключены управляющийвход интегратора 11 и вход элементаНЕ 14, выход которого через формирователь 15.коротких импульсов соединен с первыми входами элементов И 16и 1/.40 Вход нуль-органа 7 подключен квыходу задающего генератора 1, авыход - к счетному входу триггера 8.Первый выход указанного триггера 8связан непосредственно с управляющим 45 входом электронного переключателя 9и вторым входом элемента И 16, а также через формирователь 19 короткихимпульсов с первым входом элементаИ 2 3, а второй - непосредственно свторым входом элемента И 17, а такжечерез Формирователь 20 коротких импульсов с первым входом элементаИ 24.Первый и второй сигнальные входыэлектронного переключателя У соединены соответственно с входом и выхо дом инвертора 10,Кроме этого, входинвертора 10 подключен к источникупостоянного напряжения У. Выход жеэлектронного переключателя 9 подключен к сигнальному входу интегратора Щ 11, который своим выходом соединенс входом нуль-органа 12. Выход нульоргана 12 соединен непосредственнос вторым входом элемента .И 23; черезформирователь 21 коротких импульсовс первым входом элемента И 25 и череэ элемент НЕ 13 с вторым входомэлемента И 24 и входом Формирователя22 коротких импульсов, выход кото-рого подключен к первому входу элемента И .26. Вторые входы элементов И 25 и 26 подключены соответственнок первому и второму выходам триггера 18, соответствующие входы, которого соединены попарно с выходами элементов И 16 и 17Выходы элементовИ 23"26 соединены с соответствующимивходами элемента ИЛИ 27.Генератор сигналов работает следующим образом.Генерируемое задающим генератором1 напряжение, частота которого обыч" но выбирается на несколько порядков выше желаемой частоты генератора , сигналов, подается одновременно на сигнальный вход преобразователя 2 частоты и вход нуль-органа 7 устройства б запуска, На управляющий входпреобразователя 2 частоты подаются короткие импульсы с выхода одновибратора 5. С исчезновением импульса одновибратора 5 преобразователь 2 частоты переходит в режим хранения, и до прихода следующего импульса одновибратора на его выходе сохраняется уровень напряжения, соответствующий мгновенному значению входного напряжения в момент окончания импульса одновибратора 5. Для запуска одновибратора 5 используются запускающие импульсы, формируемые устройством б запуска, Их длительность выбирается значительно меньше длительности импульсов одновибратора. С этой целью в устройстве б запуска используются идентичные формирователи 15, 19,20, 21 и 22 коротких импульсов, которые формируют короткие импульсы положительной полярности в моменты изменения на входах состояний с 0 в 1.С помощью нуль-органа 7 и триггера 8 со .счетным входом из выходного напряжения задающего генератора 1 формируются две противофазные последовательности импульсов типа меандр с частотой повторения, равнойполовине частоты задающего генератора 1, Указанные импульсы, снимаемыес противофазных выходов триггера 8,используются для управления работойэлектронного переключателя 9, элементов И 16 и И 17, а также в определенные моменты времени из их фронтов с помощью формирователей 19 и20 коротких импульсов и элементов.И 23, 24 могут формироваться запускающие импульсы одновибратора 5, Вподавляющем большинстве случаев формирование запускающих импульсов одновибратора происходит из фронтовнуль-органа 12 с помощью формирователей 21 и 22 коротких импульсов кэлементам И 25, 26,Под воздействием выходных импульсов триггера 8 электронный переключатель 9 подключает сигнальный входинтегратора 11 поочередно то к входу (состояние 0 ф на первом выходе триггера 8), то к выходу (состояние 1 на первом выходе триггера 8) инвертора 10. Вследствие этого во время паузы между импульсамиодновибратора 5 выходное напряжениеинтегратора 11 изменяется по линейному закону в сторону плюса, если (О к его сигнальному входу подключенвыход инвертора 10, и в сторону минуса, если подключен вход инвертора10. Во время действия импульса одновибратора 5 разрядный ключ интегратора открыт и его выходное напряже ние равно нулю, При оптимальном выборе постоянной вРемени интегратора11 последний работает на линейномучастке (без ограничения) и уровеньего выходного напряжения достаточныйдля срабатывания нуль-органа 12,Триггер 18 используется в качестве элемента памяти, который запоминает состояние триггера 8, а значит,и направление изменения выходногонапряжения интегратора 11 в моментокончания импульса одновибратора 5.Этим обеспечивается формированиезапускающих, импульсов из выходногонапряжения нуль-органа 12 при том женаправлении изменения напряжения ин- ЗО тегратора 11, которое он имел в момент окончания предыдущего импульсаодновибратора 5, Установка триггера18 в состояние, соответствующее состоянию триггера 8 и момент окончания 35 импульса одновибратора 5, осуществляется по следующей цепи: выход одновибратора 5 - последовательное соединение элемента НЕ 14 и формировате.ля 15 коротких импульсов - первыйвход одного из элементов И 16 или 17(тот, в котором на втором входе имеется 1) . При этом, если первыйвыход триггера 18 принимает состояние 1, то Формируется пачка запускающих импульсов из.передних фрон тов выходного напряжения нуль-с гана12 с помощью формирователя 21 коротких импульсов и элемента И 25, Еслиже второй выход триггера 18 находитсяв состоянии 1, то пачка запускаю щих импульсов Формируется из заднихфронтов этого напряжения с помощьюэлемента НЕ 13, формирователя 22коротких импульсов и элемента И 26.Неопределенность в установке тригге ра 18; которая имеет место, когдазадний фронт импульса одновибратора5 совпадает с фронтом выходного импульса триггера 8, не нарушает нормальной работы устройства б запуска,поскольку следующий импульс запускаодновибратора формируется непосредственно из фронта импульса триггера 8одним из формирователей 19 или 20коротких импульсов и соответствующимэлементом И 23 или 24 (тем, у которо"го по второму входу имеется разрешающий потенциал 1 от нуль-.органа 12) .Для рассматриваемого случая в момент включения генератора сигналов триггер 8 по первому выходу находится в состоянии 1, а триггер 18 по первому выходу - в состоянии 0Напряжения на выходах преоб" разователя 2 частоты .и интегратора 11 равны нулю. На время существования положительного потенциала на первом выходе триггера 8 электронный переключатель 9 подключает сигнальный вход интегратора 11 к выходу ийвертора 10Выходное напряжение интегратора 11 линейно нарастает, нуль-орган 12 находится в состоянии 1 1. В момент изменения состояния первого выхода триггера 8 из ф 1 ф в О электронный переключатель 9 подключает к сигнальному входу интегратора вход инвертора 10, при 20 этом напряжение интегратора 11 линейно падает. При прохождении выходным напряжением интегратора 11 нулевого уровня нуль-орган 12 переходит в состояние 0. В этот момент иэ заднего Фронта напряжения нуль-органа 12 с помощью элемента НЕ 13 и формирователя 22 коротких импульсов формируется первый запускающий импульс, который проходит через открытый по второму входу элемент И 26 и элемент ИЛИ 27 на вход одновибратора 5. До появления первого запускающего импульса элементы И 24, 25 заперты нулевыми потенциалами соответственно с выхода элемента НЕ 13 и первого выхода триггера 18. Элемент И 23 открыт по второму входу, однако в этот промежуток времени на его первый вход короткие импульсы не поступают. Под воздейст вием первого импульса запуска И 26 появляется первый импульс одновибратора 5, который открывает ключ преобразователя 2 частоты. Выходное напряжение преобразователя 2 частоты 45 следит за входным. В,зто же время импульсомодновибратора по. управляющему входу интегратор 11 удерживается в разряженном состоянии. С окончанием импульса одновибратора 5 на выходе преобразователя 2 частоты действует напряжение,соотвьгствующее мгновенному значению входного в момент окончания импульса одновибратора, Так как задний фронт первого .импульса одновибратора совпадает по времени с фронтом выходного импульса триггера 8, то триггер 18 может принять любое состояние, В то.же время в течение всей паузы после пер вого импульса одновибратора нуль-ор ган 12 находится в состоянии 1, в результате чего по второму входу элемент И 23 открыт, т.е. имеется разрешение на прохождение второго запускающего импульса, сформированного формирователем 19 коротких импульсов из переднего фронта напряжения триггера 8. Пройдя через элемент ИЛИ 27,этот запускающий импульс вторично запускает одновибратор 5.Под воздействием второго импульса одновибратора в преобразователе 2 запоминается новое значение напряжения. В момент появления заднего фронта импульса одновибратора триггер 18 по первому выходу устанавливается в состояние ф 11, обеспечивая разрешение на прохождение через элемент И 25 третьего, четвертого и пятого запускающих импульсов, Формируемыхформирователем 21 коротких импульсов иэ переднего фронта выходного напряжения нуль-органа 12. Через элементы И 23, 24, 25 на этом интервале запускающие импульсы не проходят.В паузе между пятым и шестым импульсом одновибратора 5 напряжение на выходе интегратора 11 имеет отрицательную полярность, поэтому нуль- орган 12 находится в состоянии Оф. Нулевой потенциал на выходе нуль-органа 12 обеспечивает разрешение на прохождение через элемент И 24 шестого запускающего импульса от формирователя 20 коротких импульсов,совпадающего с задним фронтом напряжения триггера 8. Шестой импульс одновибратора устанавливает своим задним фронтом первый выход триггера 18 в состояние. ффОф (если такое не было установлено предыдущим импульсом одновибратора),. Новое состояние триггера 18 обеспечивает воэможность прохождения.через элемент И 26 седь мого, восьмого и девятого запускаю" щих импульсов, формируемых формирователем 22 из задних фронтов нуль- органа 12.С появлением девятого запускающего импульса первый цикл работЫ устройства б запуска заканчивается. В следующих циклах формирование запускающих импульсов происходит аналогичным образом.Во время существования импульсов одновибратора, особенно в моменты появления из задних Фронтов, на выходах открытых элементов И 23;2 б возможно появление паразитных запускающих импульсов, вызванных неустойчивостью состояния нуль-органа 12.Последнее обуславливается нулевым выходным напряжением интегратора 11Однако такие паразитные импульсы не приводят к повторному запуску одновибратора, поскольку в последнем не закончены восстановительные процессы. Таким образом, периодичность следования импульсов одновибратора не нарушается.За один цикл работы устройства 6 запуска на выходе преобразователя 2 частоты формируются два периода напряжения. В приведенном примере дли822373 Формула изобретения 35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Валитов Р.А. и др. Генераторы.стимулирующих сигналов для автоматических систем контроля. М., Энергияф, 1972, с.55.2, Барсуков Ф,И. Генерированиеи селекция сигналов низкой частоты 55 М., Энергия", 1968, с.78. тельность импульса одновибратора 5составляет четверть периода задающе"го генератора 1,,Нестабильность выходной частотыне возрастает с увеличением отношения частот, что наблюдается в генераторах сигналов с применением вспо 5могательного генератора. Это позволяет в значительной степени расширитьчастотный диапазон генерируемых напряжений,в сторону инфраниэких частот.ОДругим важным преимуществом предлагаемого генератора сигналов посравнению с известным является болеевысокая стабильность амплитуды гене"рируемых напряжений, поскольку исключен из схемы вспомогательный генератор, нестабильность амплитуды которого сказывается на нестабильностиамплитуды выходного напряжения.Кроме того, в,предлагаемом генераторе сигналов возможно применениеболее быстродействующего фильтранижних частот или даже его исключениеиз схемы, обусловленное значительным подавлением паразитных комбинационных частот в самом преобразователе частоты - аналоговом запоминающем устройстве. Это позволяет повысить быстродействие генераторасигналов, т.е. сократить время устайовления его выходных параметровЗОпри включении и перестройке частоты,Генератор сигналов, содержащийзадающий генератор, подключенный ксигнальному входу преобразователячастоты, выход которого соединенчерез фильтр нижних частот с входом 4 Оусилителя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения стабильности частоты и амплитуды выходногонапряжения, а также сокращения времени его установления, в иего введены одновибратор и устройство запуска, включающее в себя два нуль-органа,два триггера, интегратор, инвертор,электронный переключатель, пять формирователей коротких импульсов,шесть элементов И, два элемента.НЕи элемент ИДИ, при этом вход одновибратора соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход подключен через последовательное соединение первогоэлемента НЕ и первого формирователякоротких импульсов к первым входампервого и второго элементов И, атакже непосредственно к управляющимвходам преобразователя частоты иинтегратора, который своим сигнальным входом связан с выходом электронного переключателя, первый и второйсигнальные входы которого соединенысоответственно с выходом инвертораи его входом, подключенным к шинепостоянного напряжениями управляющийже вход электронного переключателясоединен через второй формирователь.коротких импульсов с первым входомтретьего элемента И, а также непо"средственно с вторым входом первогоэлемента.И и первым выходом первого триггера, второй выход которогосоединен непосредственно с вторымвходом второго элемента И и черезтретий формирователь коротких импульсов с первым входом четвертогоэлемента И, а счетный вход подключен к выходу первого нуль-органа,который своим входом соединен с вы"ходом задающего генератора,. выхо"ды первого и второго элементов Исоединены попарно с первым и вторымвходами второго триггера, соответст.вующие выходы которого попарно соединены с первыми входами пятого ишестого элементов И, которые своимивыходами подключены к первому и вто.рому входам элемента ИЛИ, третий ичетвертый входы которого связаны свыходами соответственно третьего ичетвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственночерез четвертый и пятый формирователи коротких импульсов с вторыми входами пятого и шестого элементов И,кроме того, второй вход третьегоэлемента И соединен непосредственнос входом второго элемента НЕ и свыходом второго нуль-органа, входкоторого подключен к выхЬду интегратора, второй вход четвертого элемен"та И соединен с выходом второго эле"мента НЕ.сное аказ 1894/84ВНИИПИ 1303 фПатент, г.ужгород, ул.Проектная лиал Тираж 988сударственногоам изобретенийосква, Ж, Р ком и о ушс Поета СССРрытийя наб., д