Функциональный генератор

Сефз Сфветскнх Сераанстичвсвнх Ресаубаюс(51)М. Кл. Р 2) ЗаЯвлено 180679 (21) 2784315/18-24 с нрнсоедмиением заявки ЙУ(23) Йрморитет С 06 С 7/26 ГесуяаретвениыЯ вамвтфт СССР яф аелаю язебретемЯ и фткрыткй(54) ФУНКЦИОНАЛ ЕНЕРАТОР бретение аналогов Иэо ной и нике. Иэв содер о ныйк измерительельной техноситс вычисл а явлешне 0 естен функциональный генератор,5жащий интегратор, инвертор, дид ключ, релейный элемент и синусиый Функциональный преобразователь(1 .Недостатком этого генератор яется отсутствие возможности вн й синхронизации частоты.Наиболее близким н предлагаемому является функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента и Формирователя пилообразного сигнала и является выходом треугольного сигнала функционального генера 2 тора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы кото. 3 рого соединены с выходами блока управления частотой, выход - со входом интегратора, а управляющий вход -с выходом релейного элемента и управляющим входом формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения час.тоты двух сигналов, потенцяометр установки частоты, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала, а подвижный контакт - со свЬбодным выводом первого входного резистора, свободный вывод второго входного резистора является входом частотной модуляции функционального генератора, первый вход блока сравнения частоты .соединен с выходом синусного Функционального преобразователя, а второй вход является входомвнешней синхронизации Функционального генератора 2 . Недостатком такого генератора является ограниченная область применения, обусловленная отсутствием возможности реализации режимов линейной частотной модуляции беэ применения дополнительного оборудования.Цель изобретениярасширение области применения за счет реализацииразличных режимов синхронизации и модуляции частоты.Эта цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий синус"алый функциональный преобразователь, релейный элемент, Формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственновыходами синусоидального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного функционального преобразователя, релейного элемента и Формирователя пилообразного сигнала и,является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы которого соединены с выходами блока управления частотой, выход - со входом интегратора,а управляющий вход - с выходом релей 101520 ного элемента и управляющим входомформирователя пилообразного сигнала,блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты,иеподвйжные контакты которого соединены с шинами опорного напряжения инулевого потенциала, а подвижныйконтакт - со свободным выводом первого входного резистора, свободный вы вод второго входного резистора является входом частотной модуляциифункционального генератора, дополнительно содержит четвертый входной 35резистор, включатели синхронизациии модуляции, счетверенный переключатель режимов работы, генератор опорных импульсов, декадный делитель частоти, делитель частоты, модуляционный генератор, управляемый кодом делитель частоты, счетчик и кодовыйпереключатель, выходы которого. соединены с установочными входами счетчика, соединенного разрядными выходами с управляющими входами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соеди"нен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выход модуляционного генератора через включательмодуляции и четвертый входной резистор соединен со входом блока управления частотой, подвижные контактыпервой, второй, третьей и четвертой 55групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены соответственно с первым входом блокасравнения частоты двух сигналов, свыходом управляемого делителя часто- щоты, со вторым входом блока сравнениячастоты двух сигналов и со входомзапуска модуляционного генератора,первый неподвижный контакт первойгруппы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключенко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третийнеподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходу управляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателярежимов работы соединен со входомсчетчика, первый неподвижный контакттретьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы является входом внешней синхронизацииФункционального генератора, а второйи третий неподвижные контакты соединены между собой и подключены к выходудекадного делителя частоты и входуделителя частоты, третий и четвертыйнеподвижные контакты четвертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены свыходом делителя частоты, а пятыйнеподвижный контакт является входомвнешнего запуска модуляционного генератора,функционального генератора,выход генератора опорных импульсовсоединен со входом декадного делителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора,вход управления переключением коэффициента деления декадного делителячастоты и вход управления переключением скорости развертки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапаэона функционального генератора.На фиг.1 приведена блок-схемафункционального генератора;на фиг.2временные диаграммы, поясняющие егоработу.Функциональный генератор содержитинтегратор 1, формирователь 2 пилообразного сигнала, релейный элемент3, блок 4 управления частотой, электронный переключатель 5, синусный функциональный преобразователь б, первый,второй, третий и четвертый входныерезисторы 7-10, счетверенный переключатель 11 режимов работы с четырьмягруппами контактов (11 л, 11, 11 и114), кодовый переключатель 12, управляемый делитель 13 частоты, счетчик 14, блок 15 сравнения частотыдвух сигналов, генератор 16 опорныхимпульсов, декадный делитель 17 частоты, делитель 18 частоты, включатели 19 синхронизации и 20 модуляции,модуляционный генератор 21, потенциометр 22 установки частоты.Функциональный генератор работаетследующим образом.Генератор обеспечивает следующиережимы работы, отличающиеся Способами модуляции и синхронизации частоты выходных колебаний,В первом режиме включатели 19 и20 разомкнуты, вследствие чего синхронизация и внутренняя модуляция функ-,ционального генератора не осу;ествляются, а на его выходе вырабатываются сигналы синусоидальной, треугольной, пилообразной и прямоугольнойфорьи.Во втором режиме замыкается включатель 19 синхронизации, подвижныеконтакты 11 переключателя режима работы устанавливаются на первые неподвижные контакты, а на вход внешнейсйнхронизации подается стабильный почастоте сигнал в виде последовательности нмпльсов; При этом на первыйвход блока 15 поступает прямоугольный сигнал релейного элемента 3 счастотой Го, а на второй вход - снгйал внешней синхронизации с частотой1 с В блоке 15 образуется сигналйостоянного тока, пропорциональныйразности частот Г. - Г, где1 икр.- частота синхрнизирумщего сигнала, а 1 о - частота выходного 20сигнала функционального генератора,Этот сигнал поступает через включатель 19 и входной резистор 9 яа управляющий вход блока 4, куда, крометого, через входные резисторы 7 под. ключен движок потенциометра 22 установки частоты.В результате суммирования. напряжений постоянного тока от блока 15 иот потенциометра 22 установки частоты Зна выходах функционального генератора устанавливается частотаЕ о + сеюрф (1)где А Г - абсолютная величина расстройкн частоты.В результате выходные сигналыфункционального генератора имеют частоту, стабилизированную внешним генератором. Функциональный генераторработает таким образом как при внешней, так н прн внутренней синхронизации частоты.В третьем режиме также замкнуттолько включатель 19, а подвижные контакты переключателя 11 режима работыустанавливаются на вторые неподвижные 45контакты. На первый вход, блока 15подается сигнал управляемого делителя13 частоты, частота которого понижена по сравнения с частотой сигналарелейного элемента 3 настолько, что- рбы можно было синхронизировать частоту функционального генератора иалюбой из оцифрованных точен его частотной шкалы (1, 2, 310),установка требуемого коэффициентаделения в управляемом делителе 13 частоты производится с помощью кодовогопереключателя 12. На второй вход блока 1; подается последовательностьимпульсов, частота следования которых определяется частотой следования 40импульсов генераора 16 и коэффициентом деления декадного делителя 17Синхронизация между переключениемпостоянных времени интегратора 1 ипереключением коэффициента делейия Ы декадного делителя 17 обеспечивает переход на каждый новый частотный поддиапазон равные (с учетом расстройки) частоты на входах блока 15.В четвертом режиме работа пред .- лагаемого функционального генератора осуществляется также, как и в первом режиме, но на вход частотной модуляции подан внешний сигнал, модулирую" щий по частоте выходные сигналы функционального генератора, Параметры модуляции (закон и скорость качания частоты, девиация, перекрытие по частоте) определяются параметраьв внешнего сигнала.В пятом режиме замыкаются включатели 19 и 20. Подвижные контакты переключателя 11 устанавливаются на третьи неподвижные контакты, На пер- вый вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода управляемого делителя 13 частоты. Дели- . тель 13 частоты управляется выходным кодом счетчика 14, начальное состояние которых устанавливается ко-. довым переключателем 12. Выход управляемого делителя 13 частоты непосредственно связан со входом счетчика 14.ОНа второй вход блока 15 подается, как и в третьем режиме, сигнал с выхода декадного делителя 17 частоты. Тот же сигнал поступает на вход делителя 18 частоты, что позволяет установить требуемую низкую частоту следования импульсов, которыми запускается через модуляционный генератор 21, работающий в ждущем режиме.Рассмотрим режим генерирования когерентного линейно-частотно-модулированного сигнала (ЛЧИ),Для получения высокой линейности закона ЛЧИ этого сигнала используется внутренняя импульсно-фаэовая синхронизация с помошью генератора 16 опорных импульсов.Принцип автоматической подстройки линейности заключается в следующем.Выходное частотно-модулированное напряжение функционального генератора является периодической функцией фазы, поэтому оно может быть записано в видеа(с) -Гф(ф)3. (2)В случае линейной частотной модуляции фаза Ф(й) изменяется по закону .1ф И) -Р - ,.Е, (3)где % - заданная скорость астотной модуляции, 6 (й) -отклонение по фазе от заданного квадратичного закона.Измерение сеиибки 6 (с) производится с помощью блока 15 в моментыКвремени ку -- у где к=1,2,3сммю рномер выборки; Г- частота повторения опорных импульсов, поступающих на блок 15В моменты выборки напряжение функционального генератора имеет видОЬЙ:трктре,в +Вф цЛОЛН ВЫбРатЬ кнр.1 е ттб НЛЕНК Ь - ткратен 2, и, в силу периодичностиГ(Ф), имеем 30( )=ЕГ(.)3 .(5Считая ошибку 5(Вк) настолько малой,что в последовательные моменты выбор-:ки рабочая точка не выходит за пределы линейного участка фазовой характеристики блока 15 с крутизной Зможно выразить. напряжение выборки на,выходе блока 15 через ошибку 8 (следующим образом:Е(к) "(к) 5 (6) щТаким образом, выходное напряжениеблока 15 пропорционально отклонениюот заданного закона линейной частотной модуляции.Частота Функционального генератора,как известно, равнаафю (7)е -д 1В моменты 1 к , соответствующиеномеру выборки к, частота ЗОм- Р фЮ)к(8)сннвргде 6 (е) ЗЬ(ЦсН. - ошибка по частоте.лооколькк выбРана тетто вместо (8) можно заййсать:ык 2 к 21 с нар к+(О,Для определения частоты 1, необходимо положить в (9)Е(с)=0 и К=1.Тогда значение Г надо выбрать равным половине нижйеХ частоты поддиапазона частот Г , т.е.(40)45В пятом режиме коэффициент делениячастоты в управляемом делителе 13частоты автоматически изменяется так,чтобы частота 1, на первом входеблока 15 оставалась неизменной в пределах выбранного поддиапазона частотфункционального генератора. За время между соседними (К)- й и К-ой выборками фаза сигнала Ю(с) изменяется на К- (К)2 Кпериодов. Каждый из импульсов с выхода делителя 13 55поступает на счетчик 14 и изменяет надве единицы код числа, записанногов нем, что приводит к требуемому изменению коэффициента деления частотыв делителе. 13. На фиг.2 показаны нап- щряжения. на выходах интегратора 1(с)и управляемого делителя частоты 13 ),на втором входе блока 15(6), а такженапряжения ошибки на выходе блока15(г) и выходное напряжение модуляционного генератора 21В качестве примера показана работа при 4 х .точках перестройки и начальной частоте, равной нижней частоте поддиапаэона.В пятом режиме функциональный генератор работает следующим образом.Начальная частота устанавливается цифровым кодом в счетчике 14 так,чтобы в паузах между повторяющимися циклами модуляции происходила синхронизация начальной частоты точно. так же, как и в третьем режиме; На вход блока 4 через резистор 10 поступает пилообразное напряжение с выхода модуляционного генератора 21(эпюра ввдвв на фиг.2). Запуск генератора 21 осуществляется выходными импульсами делителя 18 частоты с частотой более низкой, чем частота работы блока 15. На вход делителя 18 частоты поступают импульсы с выхода декадного делителя 17 частоты, который снижает частоту следования импульсов генератора 16 в число раз, соответствующее выбранному поддиапаэону частот. На вход блока 4 через резистор 9 поступает с выхода блока 15 напряжение ошибки, благодаря чему происходит импульсно-Фазовая синхронизация скорости линейной частотной модуляции выходного сигнала функционального генератора,При коэффициенте нелинейности модулирующего сигнала К =1-2 и такомИже коэффициенте нелинейности управляющей характеристики функционального генератора коэффициент нелинейности закона ЧМ выходного сигнала состав-". ляет 0,01-0,1.Для переключения частотных поддиапазонов в пятом режиме синхронно изменяются постоянная времени интегратора 1, коэффициент деления декадно.ного делителя 17 частоты и скорость развертки модуляционного генератора 21.В шестом режиме включатель 20 остается замкнутым, а включатель 19размыкается. Подвижные контакты 11переключателя устанавливаются на четвертые неподвижные контакты.При этом синхронизация функционального генератора ие осуществляется. Выходной сигнал декадного делителя 17 частоты поступает на вход делителя 18 частоты, где частота следования импульсов понижается до требуемой, после чего эти импульсы запускают модуляционный генератор 21, выдающий линейно изменяющееся напряжение, поступающее черезвходной. резистор 10 и включатель 20на вход блока 4 управления частотой. В седьмом режиме включатель 20замкнут, а включатель 19 разомкнут.Подвижные контакты переключателя 11устанавливаются на пятые неподвижныеконтакты. Аналогично предыдущему режиму синхронизация функционального генератора не осуществляется. Запуск модуляционного генератора 21 осуществляется сигналом, подаваелым на вход внешнего запуска модуляционного генератора. Особенность рассматриваемого режима состоит в том, что,если основной функциональный генератор имеет режим запуска и стробирования, то, подавая импульс запуска одновременно на основной функциональный генератор и на вход внешнего запуска модуляционного генератора, можно получить комбинированный режим стробирования-свипирования, Это означает, что начало свипирования будет точно совпадают с началом пачки" колебаний 15 ( или импульсов ), Это важно для решения измерительных задач в радиоприемной;телевизионной и импульсной техникеТаким образом, предлагаелый функциональный генератор имеет следую щие режимы работы:нормальный (беэ синхронизации и модуляции частоты);с внешней синхронизацией частоты, с внутренней синхронизацией частоты,с внешней частотной модуляцией; с внутренней синхронизацией частоты и с внутренней линейной ЧМ ( режим когерентной ЛЧМ) с внутренней линейной ЧМ, с внутренней линейной ЧМ при внешнем запуске модуляционного генератора.Это существенно повышает универсальность и расширяет область применения предлагаемого функционального генератора по сравнению с известным, имеющим только три режима работы 1, 2 и 4), так как исключает необходимость применения дополнительных дорогостоящих приборов (генераторов с .диапаэонно-кварцевой стабилизацией частоты, генераторов качающейся частоты, синхронометров, декадных делите лей частоты и др ) . Формула изобретения 45 Функциональный генератор, содержащий синусный функциональный преобразователь, релейный элемент, формирователь пилообразного сигнала, выходы которых являются соответственно выходами синусондального, импульсного и пилообразного сигналов функционального генератора, интегратор, выход которого соединен со входами синусного Функционального преобразователя, релейного элемента, формирователя пилообразного сигнала и является выходом треугольного сигнала функционального генератора, блок управления частотой, ко входу 60 которого подключены первый, второй и третий входные резисторы, электронный переключатель, первый и второй информационные входы которого соецинены с выходами блока управления Я частотой, выход - со входом интегратора, а управляющий вход - с выходом релейного элемента и управляю.щим входом Формирователя пилообразного сигнала, блок сравнения частоты двух сигналов, потенциометр установки частоты, неподвижные контактыкоторого соединены с шинами опорного напряжения и нулевого потенциала,аподвижный контакт - со свободным выводом первого входного резистора, свободный вывод второго входного резистораявляется входомчастотной модуляцииФункционального генератора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области применения за счетреализации различных режимов синхронизации и модуляции частоты, он содержит четвертый входной резистор,включатели синхронизации и модуляции,счетверенный переключатель режимовработы, генератор опорных импульсов,декадный делитель частоты, делительчастоты, модуляционный генератор, управляелый кодом делитель частоты,счетчик и кодовый переключатель, выходы которого соединены с установочными входами счетчика, соединенногоразрядными выходами с управляющимивходами управляемого делителя частоты, свободный вывод третьего входного резистора через включатель синхронизации соединен с выходом блока сравнения частоты двух сигналов, выходмодуляционного генератора через включатель модуляции и четвертый входнойрезистор соединен со входом блокауправления частотой, подвижные контакты первой, второй, третьей и четвертой групп контактов счетверенного переключателя режимов работы соединенысоответственно с первым входом блока сравнения частоты двух сигналов.,с.выходом управляемого делителя частоты, со вторым входом блока сравнения частоты двух сигналов и со входом запуска модуляционного генератора, первый неподвижный контакт первойгруппы контактов счетверенного переключателя режимов работы подключенко входу управляемого делителя частоты и управляющему входу электронного переключателя, а второй и третий неподвижные контакты соединенымежду собой и подключены к выходууправляемого делителя частоты, третий неподвижный контакт второй группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединен со вхо.дом счетчика, первый неподвижный контакт третьей группы контактов счетверенного переключателя режимов работы является входом внешней синхронизации функционального генератора, авторой и третий неподвижные контактысоединены между собой и подключенык выходу декадного делителя частотыи входу делителя частоты, третий ичетвертый неподвижные контакты четвертой группы контактов счетверенного переключателя режимов работы соединены с выходом делителя частоты, апятый неподвижный контакт являетсявходом вквшнего эапуска модуляционного генератора, Функционального генератора, выход генератора опорныхимпульсов соединен со входом декадного делителя частоты, вход управления переключением постоянных времени интегратора, вход управления переключением коэффициента деления де-кадного делителя частоты и вход управ-ления переключением скорости раэвертки модуляционного генератора соединены и являются входом выбора частотного диапаэона функционального генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,Корн Г. и Кори Т. Электронныеаналоговые и аналого-цифровые вычисли"тельные машины. Т, 2, М "Мир",1968, с.20, фиг.9.13 а,2; Авторское свидетельство СССР9 580561, кл. С 06 С 7/26, 1977аеительред Ж, Кас ренко раз 745нного комитеннй н о,4 ф, г.уа Редактор М.ПетроюеююЗаказ 1858/76 ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Мос юеюююююююююею филиал ПППН. Балабавкотелевич Корректор, О. НаеююПодписноетета СССРкрыт ий аи наб д.4/ееееЕюед, ул.Проект