Генератор гармонических колебаний

Генератор гармонических колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

„.Я0„„1020839 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

H АВТОРСЙОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3396900/18-24 (22) 08.02.82 (46) 30.05.83. .Бюл. 9 20 (72) B. Л. Соседка, Л. H. Нружанский, Л, Ф. Коломойцева и В. Б. Верник (71) Днепропетровский ордена Трудоаого Красного Знамени горный институт им. Артема (53) 681.3(088.8) (56) 1. Смеляков В. В. Цифровая измерительная аппаратура инфранизких частот. М., "Энергия", 1975, с. 30.

2. Авторское свидетельство СССР

:9 674191 кл. Н 03 В 27/00, 1979 (прототип). (54)(57) PEHEPATOP ГАРМОНИЧЕСКИХ.

КОЛЕБАНИЙ, содержащий .блок делителей частоты; †Вх которого подключен к задающему генератору, блок разделения импульсов и генератор функций

Уолша, выходы которого соединены с соответствукщими информационными входами блока аналоговых ключей, подключенного управляющим входом к выходу аналогового инвертора, о т л и ч а.ю шийся тем, что,,с целью упрощения конструкции и повивения точности 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, подсоединенного выходом к входу аналогового инвертора, информационные входы и выходы дополнительного блока аналоговых ключей подключены к соответствующим выходам блока делителей частоты и входам блока разделения импульсов, выход которого подключен к входу С счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим входам Я генератора функций Уолша, вход интегратора подключен к выходу блока аналоговых ключей, а его выкод явля- ( ется выходом генератора.

1020839

Изобретение 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.

Известен генератор синусоидальных. коле баний, содержащий преобраэ ователь кода в напряжение, преобразователь напряжения в частоту, делитель часто-15 линейностью этой характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор гармонических колебаний, соцержащий блок делителей частоты, вход которого подключен к э адающему 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 )..

Известный генератор имеет относительно сложную конструкцию и невысокую точность.

Цель изобретения — упрощение конструкции устройства и повиаение точности за счет улучшения гармоничес25

40 что генератор гармонических колебаний, содержащий блок делителей частовходы которого являются цифровыми входами генератора, а выходы подключены к соответствующим управляющим входам дополнительного блока аналого-б0 вых ключей и информационными входами цифроаналогового преобразователя, подсоединенного выходом к входу анаогового инвертора, информационные ходы 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 зала- 45 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 соответствующим входам генератора функций Уопша, вход интегратора 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 12 °

Устройство работает следующим образом.

С задающего генератора 1 импульсы поступают 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 упрощены и. состоят из цепочки последовательно соединенных триггеров, а с другой стороны, с помощью стандартных блоков, используя двоичный 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,цля

- 1020839 принятой 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 сото- го 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 i/2, 1/4, 1/8 и 1/1б ° В этом случае блок

7 умножения состоит из цепочки последовательно соединенных триггеров.

Чтобы умножение на дробные числа не

;вносило погрешности, целесообразно частоту задающего генератора 1 выб(рать кратной 32. Тогда с учетом работы всех блоков и диапазона генерируемых частот, частота задающего генератора 1 должна быть кратна числу

32-80.10 Гц.

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 тре буемой точностью. Для доказательства этого положения представим синусо >идальные колебания суммой обобщенно го ряда Фурье по ортогональным функ.циям Уолша с) - ) К=О где V„(t — система ортогональных функций, например Уолша," коэффициенты ряда ФурьеУолша, определяемые по формуле

- число декад.

Выражение (1) отличается от клас30 сического (г) так как С Ф 1. При C =- 1 определение Т„ затруднено. Гораздо точнее можно определить Т„, если принять значе- З5 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- 40 ляться как 100 У ., (Частота fo определена иэ (1) при С. = 1) . Для выбранных для примера данных частотазадакицего генератора. будет равна

80 10 Гц..Следует. учитывать, что

3 .частота эадак>щего генератора, равная

80 ° 10 Гц, была получена только исходя иэ емкости счетчика и диапазона частот. При ее выборе пока не учитывались особенности работы блока умножения 7. C:ó÷åòoì 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- 60 зовать кольцевые счетчики, которые представляют собой змкнутые в кольцо регистры сдвига, по которым под действием входных импульсов циркулирует одна кодовая единица. Например, для выбранного для примера диапазона частот.

Ввиду того, что в дальнейшем предполагается синтезировать гармонические колебания как сумму Функций Уолша со среднеквадратичной, погрешностью 5 меньше 2В, 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, -aocTyaamimx íà его вход„ 15 время .заполнения счетчика б Т> изменяется согласно выражению ({К f 2:.K f 2 РК fq2 )+(g(Kqf>>2

>> у 2 +K f 2 ) i (K.f 2 +> gf 2 + 20

20 30 " О О

+> f 2 ))T„=C, >q> где Х вЂ” частота задающего генератора; — канстанта; 25

K — коэффициенты, равные соответственно 0 или 1; с = sgn(vt Y (t)dt.- (4) к К о

Известно, что при интегрированик ряды сходятся быстрее, что потребу: 1020839 ет для достижения той же самой точнос= ти аппроксимации меньшее число членов. С этой целью проинтегрируем (3)

Т

С05 Wt М Md Ч ($)gg, (5) кко к

О

Выражение (5) показывает, что коэффициенты ряда Фурье-Уолша зависят от,, частоты. Чтобы это требование было реализовано в аппаратуре, опорное 10 напряжение, подаваемое на неуправля-, емые входы ключей, должно изменяться в зависимости от частоты, что и выпол. няет блок 11. Кроме того, суммирование функций Уолша осуществляется на интеграторе 12. В качестве интегратора может использоваться усилитель на и выходов (n - количество функций

Уолша), в цепи обратной связи которого стоит конденсатор, а постоянные интегрирования 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. Маслов

Редактор С. Квятковская Техред В.Далекорей Еорректор В. Вутяга, Эаказ. 3899/42 .. . Тираж 706 . Подписное

ВНИИПИ Государственного койитета СССРпо делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5.

Филиал ППП "Патент", г; ужгород,- ул. Проектная, 4