SU1541637A2 - Function generator with frequency synchronization - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам, формирующим электрические сигналы нескольких форм как в режиме автоколебаний, так и в режиме синхронизации внешним периодическим сигналом, и может найти применение в автоматике, приборостроении, вычислительной и информационно-измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства за счет формировани  на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее блок 1 управлени  частотой, переключатель 2, интегратор 3, релейный элемент 5, первый функциональный преобразователь 4, контур стабилизации амплитуды (блоки 6, 7, 8), переменный 9 и масштабные 10-15 резисторы, введены двухполупериодный выпр митель 18, инвертор 19, ключ 26, сумматор 25, второй функциональный преобразователь 24 и четыре масштабных резистора 20-23. Нелинейное преобразование треугольного сигнала с выхода интегратора 3 позвол ет получить сдвинутый по фазе треугольный сигнал с последующим его преобразованием в синусоидальный. 3 ил.The invention relates to devices that generate electrical signals of several forms, both in self-oscillation mode and in synchronization mode by an external periodic signal, and can be used in automation, instrument engineering, computing and information technology. The aim of the invention is to expand the functionality of the device by forming a quadrature sinusoidal signal at an additional output. The goal is achieved by the fact that the device containing the frequency control unit 1, switch 2, integrator 3, relay element 5, first functional converter 4, amplitude stabilization circuit (blocks 6, 7, 8), variable 9 and scale 10-15 resistors , a full-wave rectifier 18, an inverter 19, a switch 26, an adder 25, a second functional converter 24, and four large-scale resistors 20-23 are introduced. Nonlinear conversion of a triangular signal from the output of integrator 3 allows one to obtain a phase-shifted triangular signal with subsequent conversion into a sinusoidal one. 3 il.

Description

14)14)

Изобретение относитс  к устройствам , формирующим электрические сигна- Лы нескольких форм как в режиме ав- 1гоколебаний, так и в режиме синхрони- $ации внешним периодическим сигналом, и  вл етс  усовершенствованием известного устройства по авт. св. If .The invention relates to devices that generate electrical signals of several forms in both the auto-oscillation mode and the synchronization mode with an external periodic signal, and is an improvement of the known device according to the author. St. If.

Цель изобретени  - расширение функ циональных возможностей за счет фор- мировани  на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала На фиг.1 изображена функциональна  олектрическа  схема генератора; на оиг.2 - временные диаграммы, по сн ю- цие работу отдельных блоков генератора в режиме синхронизации частоты; на фиг.З - временные диаграммы, по сн ющие процесс формировани  сдвинутых г|о фазе сигналов.The purpose of the invention is the expansion of functional capabilities due to the formation of an additional quadrature sinusoidal signal at the output. Figure 1 shows a functional electrical diagram of the generator; in Fig. 2 — timing diagrams, according to the operation of individual generator blocks in the frequency synchronization mode; Fig. 3 shows timing diagrams explaining the process of forming the shifted signals on the phase.

Функциональный генератор с синхронизацией частоты содержит блок 1 управлени  частотой, переключатель 2, Интегратор 3, функциональный преобра- эователь 4, релейный элемент 5, анализатор 6 амплитуды, интегрирующий г лемент 7, ограничительный элемент 8, Неременный резистор 9, первый, второй , третий, четвертый, п тый и шее- той масштабные резисторы 10-15, шину 16 положительного опорного напр жени , вход 17 синхронизации генератора ,, двухполупериодный выпр митель 18, инвертор 19, седьмой 20, восьмой 21, дев тый 22 и дес тый 23 масштабные Ьезисторы, синусный функциональный преобразователь 24, сумматор 25 и ||слюч 26,A function generator with frequency synchronization contains a frequency control block 1, a switch 2, an integrator 3, a functional converter 4, a relay element 5, an amplitude analyzer 6, an integrating g element 7, a limiting element 8, a non-variable resistor 9, first, second, third, fourth, fifth and sixth large-scale resistors 10–15, bus 16 positive positive voltage, generator synchronization input 17, two-wave rectifier 18, inverter 19, seventh 20, eighth 21, ninth 22 and tenth 23 large-scale leezistors sine nktsionalny converter 24, an adder 25 and || slyuch 26

I Генератор работает в нескольких режимах.I The generator operates in several modes.

Режим свободных автоколебаний осуществл етс  при отсутствии сигнала йа входе 17 синхронизации генератора. $ замкнутом контуре из последователь- но включенных переключател  2, интегратора 3, резистора 11 и релейного Элемента 5 устанавливаютс  устойчивые Автоколебани , которые на выходе интегратора 3 имеют треугольную форму, Я на выходе релейного элемента 5 - пр моугольную. На выходе первого функционального преобразовател  k Образуетс  сигнал синусоидальной формы , Амплитуда треугольных сигналов равна порогу срабатывани  релейного флемента 5 с гистерезисной характеристикой . Частота свободных-колебаний Определ етс  величиной напр жени ,The mode of free self-oscillations is carried out in the absence of a signal and the input 17 of the generator synchronization. $ closed loop from sequentially switched on switch 2, integrator 3, resistor 11 and relay element 5 are installed stable oscillations, which at the output of integrator 3 have a triangular shape, I at the output of relay element 5 are rectangular. At the output of the first functional converter k, a sinusoidal signal is formed. The amplitude of the triangular signals is equal to the response threshold of the relay element 5 with the hysteresis characteristic. Frequency of free oscillations is determined by the magnitude of the voltage

0 0

5 о 5 o

0 0

0 0

5five

снимаемого с подвижного контакта переменного резистора 9, которое через первый масштабный резистор 10 прикладываетс  к входу блока 1 управлени  частотой. Последний преобразует входной сигнал в токи, поступающие через переключатель 2 на вход интегратора 3, в результате чего происходит линейное/преобразование величины входного сигнала блока 1 управлени  частотой в частоту следовани  импульсов нескольких форм. В режиме свободных колебаний дл  избежани  переходных процессов установлени  частоты масштабный резистор 1 отключают от входа блока 1 управлени  частотой (с помощью переключател , не показан).a variable resistor 9 that is removed from the movable contact, which through the first scale resistor 10 is applied to the input of the frequency control unit 1. The latter converts the input signal into currents through the switch 2 to the input of the integrator 3, resulting in a linear / conversion of the input signal of the frequency control unit 1 into the pulse frequency of several forms. In the free oscillation mode, in order to avoid frequency transients, the scale resistor 1 is disconnected from the input of frequency control unit 1 (using a switch, not shown).

Режим синхронизации частоты осуществл етс  при наличии напр жени  U,7 непр моугольной формы на выходе 17. Сигнал Uj 8)гна входе релейного элемента  вл етс  суммой сигналов U3 с вы- ,хода интегратора и сигнала Uf7. Дл  удобства построени  суммарного сигнала форма сигнала, U,T на временных диаграммах (фиг.2) принимаетс  треугольной . Рассмотрим два возможных типа переходных процессов при синхронизации частоты внешним сигналом.The mode of frequency synchronization is carried out in the presence of a voltage U, 7 of rectangular shape at the output 17. The signal Uj 8) the input of the relay element is the sum of the signals U3 from the output, the integrator's stroke and the signal Uf7. For the convenience of constructing the sum signal, the waveform, U, T, on the time diagrams (Fig. 2) is taken triangular. Consider two possible types of transients when synchronizing a frequency with an external signal.

Первый тип переходного процесса (фиг.2а) возможен, если частота свободных колебаний в генераторе ниже частоты внешнего сигнала. Крутизна треугольного напр жени  U3 в начале переходного процесса такова, что при переключени х релейного элемента 5 с частотой напр жени  амплитуда U. оказываетс  меньше заданной. На выходе анализатора 6 амплитуды формируетс  ступенчатое напр жение Uc отрицательной пол рности, пропорциональное амплитуде U3. Сигнал U6 суммируетс  с сигналом положительной пол рности с шины 16, в результате чего на входе интегрирующего элемента формируетс  сигнал U7BS пропорциональный отклонению амплитуды U5 от заданной величины . На выходе интегрирующего элемента 7 напр жение UT измен етс  по линейному закону в положительную сторону . Суммарный сигнал на входе блока управлени  частотой U Ua+Ui7 также увеличиваетс , что приводит к увеличению крутизны и амплитуды сигнала иь. Сигнал на выходе интегратора оказываетс  посто нным по уровню, когда амплитуда U3 сравниваетс  с заданной.The first type of transient (Fig. 2a) is possible if the frequency of free oscillations in the generator is lower than the frequency of the external signal. The slope of the triangular voltage U3 at the beginning of the transition process is such that when switching the relay element 5 with the voltage frequency, the amplitude U. is less than specified. At the output of the amplitude analyzer 6, a step voltage Uc of negative polarity is formed, proportional to the amplitude U3. The signal U6 is summed with the positive polarity signal from bus 16, with the result that the signal U7BS is formed at the input of the integrating element proportional to the deviation of the amplitude U5 from a predetermined value. At the output of the integrating element 7, the voltage UT varies linearly in a positive direction. The total signal at the input of the frequency control unit U Ua + Ui7 also increases, which leads to an increase in the slope and amplitude of the signal and. The signal at the integrator output is constant in level when the amplitude U3 is compared with the specified one.

Ограничительный элемент 8 ограничивает уровень выходного напр жени  1Ц интегрирующего элемента в начале переходного процесса, когда сигнал на выходе анализатора 6 амплитуды равен 0.The limiting element 8 limits the level of the output voltage 1C of the integrating element at the beginning of the transition process when the signal at the output of the analyzer 6 of amplitude is 0.

Второй тип переходного процесса возможен (фиг.26), если частота свободных колебаний генератора выше час тоты внешнего сигнала. Амплитуда U3 оказываетс  выше заданной, на выходе анализатора 6 амплитуды формируетс  напр жение Ufc , которое, суммиру сь с сигналом шины 16, дает сигнал U7 отрицательной пол рности. На выходе интегрирующего элемента 7 напр жениеThe second type of transient process is possible (Fig. 26) if the frequency of free oscillations of the generator is higher than the frequency of the external signal. The amplitude U3 is higher than the predetermined value, the voltage Ufc is generated at the output of the analyzer 6 amplitude, which, summing up with the bus 16 signal, gives the signal U7 of negative polarity. The output of the integrating element 7 voltage

U,, измен етс  по линейному закону в отрицательную сторону до момента, когда амплитуда U3 сравн етс  с заданной .U ,, changes linearly in a negative direction until the amplitude U3 is equal to the specified one.

Формирование сдвинутого по фазе на 90° относительно сигнала на выходе интегратора 3 треугольного сигнала обеспечиваетс  тем (фиг.З), что поступающие на вход двухполупериодного выпр мител  18 сигналы треугольной формы и3 преобразуютс  в треугольные сигналы u BWIf (J и U g,(X fj удвоенной частоты . К этим сигналам за счет св зи выходов выпр мител  18 через масштабные резисторы 20 - 23 с выходом и входом инвертора 19 добавл ютс  посто нные составл ющие, пропорциональные напр жению с шины 16. В результате суммировани  сумматором 25 сигналов U6b|)f j0 и U вмх tf учетом инвертировани  формируетс  сигнал Ugbtxir, который сдвинут по фазе относительноThe formation of a triangular signal shifted in phase by 90 ° relative to the signal at the output of the integrator 3 is ensured by the fact (FIG. 3) that the triangular signals u3 input to the full-wave rectifier 18 input are converted into triangular signals u BWIf (J and U g, (X fj doubled frequency. To these signals, due to the connection of the outputs of the rectifier 18 through the scale resistors 20 - 23 with the output and input of the inverter 19, are added constant components proportional to the voltage from the bus 16. As a result, the summation of the 25 signals U6b |) f j0 and U in tf considering the inversion, a Ugbtxir signal is generated, which is phase shifted relative to

15 синусоидальных сигналов, однако фазовые соотношени  сигналов с выходов функциональных преобразователей в переходных процессах не нарушаютс . Предложенный принцип построени  двух20 фазного генератора позвол ет обеспечить уменьшение длительности переходных процессов, что особенно важно на инфранизких частотах, по сравнению с синхронизируемым генератором, в15 sinusoidal signals, however, the phase relationships of the signals from the outputs of the functional transducers in transients are not disturbed. The proposed construction principle of a two-phase generator allows the reduction of the duration of transients, which is especially important at infra-low frequencies, compared to a synchronized generator, in

25 котором используютс  измерители фазы или частоты.25 of which phase or frequency meters are used.

30thirty

3535

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula функциональный генератор с синхронизацией частоты по авто св. № , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет формировани  на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала, в него введены двухполупериодный выпр митель , ключ, сумматор, инвертор, седьмой, восьмой, дев тый и дес тыйfunction generator with frequency synchronization by auto St. No. characterized in that, in order to extend the functionality by forming a quadrature sinusoidal signal at the additional output, a full-wave rectifier, key, adder, inverter, seventh, eighth, ninth and tenth are introduced into it U3 на 90°. Временные диаграммы (фиг.З) 40 масштабные резисторы и синусный функциональный преобразователь, причем вход двухполупериодного выпр мител  подключен к выходу интегратора, пр мой выход двухполупериодного выпр ми- 45 тел  через последовательно соединенпоказывают , что переходные процессы при синхронизации внешним сигналом могут вли ть только на форму сдвинутого на 90° треугольного сигнала ибЬ)х .jj. Последующее преобразование выходного сигнала сумматора в синусоидальный сигнал с помощью второго функционального преобразовател  24 позвол ет получить на дополнительном выходе квадратурный синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе относительно сигнала с выхода первого функционального преобразовател  на 90°.U3 at 90 °. Timing diagrams (FIG. 3) 40 scale resistors and a sine-functional converter, the full-wave rectifier input connected to the integrator output, the direct output of the full-wave rectifier through serially connected shows that transients during synchronization with an external signal can only affect the form of the triangular signal shifted by 90 ° ibb) x .jj. Subsequent conversion of the output signal of the adder into a sinusoidal signal using the second functional converter 24 allows to obtain at the additional output a quadrature sinusoidal signal shifted in phase relative to the signal from the output of the first functional converter by 90 °. Таким образом, в предлагаемом устройстве синхронизаци  частоты внешним сигналом непр моугольной формы осуществл етс  за счет обеспечени  режима вынужденных колебаний в автоколебательном контуре, состо щем из элемен50Thus, in the proposed device, the synchronization of the frequency by an external signal of a rectangular shape is accomplished by providing a mode of forced oscillations in a self-oscillating circuit consisting of an element 5555 ные седьмой и восьмой масштабные резисторы соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к шине положительного опорного напр жени  и через последовательно соединенные дев тый и дес тый масштабные резисторы подключен к инвертирующему выходу двухполупериодного выпр мител , общий вывод дев того и дес того масштабных резисторов соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а управл ющий вход соединен с выходом релейного элемента, общие выводы седьмогоThe seventh and eighth scale resistors are connected to the inverter output, the input of which is connected to the bus of the positive reference voltage and connected through the ninth and tenth scale resistors connected in series to the inverting output of the full-wave rectifier, the common output of the ninth and tenth resistors is connected to the information input of the key, the output of which is connected to the zero potential bus, and the control input is connected to the output of the relay element, the common conclusions of the seventh Q Q тов 2,3,11 и 5. Неизменность амплитуды сигнала треугольной формы, преобразуемого в синусоидальный сигнал, осуществл етс  за счет введени  контура амплитудной стабилизации.Compendiums 2, 3, 11 and 5. The amplitude of the triangular signal converted into a sinusoidal signal is invariable by introducing an amplitude stabilization loop. Нелинейное преобразование треугольного сигнала с выхода интегратора 3 позвол ет получить сдвинутый по фазе треугольный сигнал с последующим его преобразованием в синусоидальный. Переходные процессы, св занные с синхронизацией частоты, вызывают кратковременные искажени  формы выходныхNonlinear conversion of a triangular signal from the output of integrator 3 allows one to obtain a phase-shifted triangular signal with subsequent conversion into a sinusoidal one. Transients associated with frequency synchronization cause momentary distortion of the output 5 синусоидальных сигналов, однако фазовые соотношени  сигналов с выходов функциональных преобразователей в переходных процессах не нарушаютс . Предложенный принцип построени  двух0 фазного генератора позвол ет обеспечить уменьшение длительности переходных процессов, что особенно важно на инфранизких частотах, по сравнению с синхронизируемым генератором, в5 sinusoidal signals, however, the phase relationships of the signals from the outputs of the functional transducers in transients are not disturbed. The proposed principle of building a two-phase generator allows for a reduction in the duration of transient processes, which is especially important at infra-low frequencies, compared to a synchronized generator, in 5 котором используютс  измерители фазы или частоты.5 of which phase or frequency meters are used. Формула изобретени Invention Formula функциональный генератор с синхронизацией частоты по авто св. № , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет формировани  на дополнительном выходе квадратурного синусоидального сигнала, в него введены двухполупериодный выпр митель , ключ, сумматор, инвертор, седьмой, восьмой, дев тый и дес тыйfunction generator with frequency synchronization by auto St. No. characterized in that, in order to extend the functionality by forming a quadrature sinusoidal signal at the additional output, a full-wave rectifier, key, adder, inverter, seventh, eighth, ninth and tenth are introduced into it масштабные резисторы и синусный функциональный преобразователь, причем вход двухполупериодного выпр мител  подключен к выходу интегратора, пр мой выход двухполупериодного выпр ми- тел  через последовательно соединенlarge-scale resistors and a sinus functional converter, with the full-wave rectifier input connected to the integrator output, the direct output of the full-wave rectifier through serially connected ные седьмой и восьмой масштабные резисторы соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к шине положительного опорного напр жени  и через последовательно соединенные дев тый и дес тый масштабные резисторы подключен к инвертирующему выходу двухполупериодного выпр мител , общий вывод дев того и дес того масштабных резисторов соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а управл ющий вход соединен с выходом релейного элемента, общие выводы седьмогоThe seventh and eighth scale resistors are connected to the inverter output, the input of which is connected to the bus of the positive reference voltage and connected through the ninth and tenth scale resistors connected in series to the inverting output of the full-wave rectifier, the common output of the ninth and tenth resistors is connected to the information input of the key, the output of which is connected to the zero potential bus, and the control input is connected to the output of the relay element, the common conclusions of the seventh и восьмого масштабных резисторов и дев того и дес того масштабных резисторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора,and the eighth scale resistors and the ninth and tenth scale resistors are connected respectively to the first and second inputs of the adder, выход которого через синусный функциональный преобразователь соединен с дополнительным выходом квадратурного синусоидального сигнала генератора.the output of which is connected via a sinus functional converter with an additional output of a quadrature sinusoidal signal of the generator. R - УR - Y ss 5Zt7I ZTI Z zry5Zt7I ZTI Z zry XXXx УУ УЧUU UCH zz хч .xhh .x // Фиг1Fig1 zz хч .xhh .x sT  sT Щиг.ЗSchig.Z VV //