Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Узлы радиолюбительской техники. Генераторы, гетеродины

 Комментарии к статье

Показана возможность синтеза сигнала треугольной формы путем сложения двух выпрямленных мостовыми схемами синусоидальных сигналов разной полярности, один из которых сдвинут по фазе относительно другого на 90°; приведены формулы, описывающие динамику процессов сложения сигналов; на основе теоретических выкладок создана схема устройства, синтезирующего сигнал треугольной формы.

Сигналы треугольной формы обычно получают в генераторах с использованием времязарядных RC-цепочек, цифроаналоговых преобразователей или синтетически программно-аппаратурным путем. При этом, как правило, трудно добиться высокой линейности и симметрии генерируемого сигнала, решить задачу удается за счет заметного повышения интеллектуально- и ресурсоемкости устройства [1-4].

Достаточно просто оказалось получить сигнал практически идеальной треугольной формы при использовании удвоителя частоты, схема которого была предложена в начале 70-х годов XX века (частное сообщение, удвоитель частоты С.И. Семенова). Принцип действия этого удвоителя основан на противофазном сложении двух выпрямленных мостовыми схемами синусоидальных сигналов, один из которых сдвинут по фазе относительно другого на 90°. Несмотря на простоту такого удвоителя частоты, до последнего времени практические его реализации и, тем более, аналитические исследования не выполнялись.

Компьютерное моделирование формы сигналов, снимаемых с выхода такого устройства, показало, что на выходе формирователя при обеспечении сдвига фазы 90° получается сигнал треугольной формы. Структурная схема аддитивного формирователя сигналов треугольной формы показана на рис. 1. Динамику электрических процессов, наблюдаемых в различных контрольных точках устройства, можно описать следующими выражениями:

U1(t) = U0 sin(wt), U2(t) = U0 sin(wt + 90), U3(t) = U0 abs[sin(wt + 90)], U4(t) = -U0 abs(sin wt), U5(t) = U0 {abs[sin(wt + 90)] - abs(sin wt)}. В общем случае Uвых(t) = U0 {abs[sin(wt + n90)] - abs(sin wt)}, n=1,3,5...

(1) (2) (3) (4) (5)

Рис.1. Структурная схема формирователя

Сигнал синусоидальной формы (1), снимаемый с выхода генератора 1 (рис. 1), подается на фазовращатель 2 и резистивный компенсатор напряжения 4. Сдвинутый по фазе на угол 90° синусоидальный сигнал (2) поступает на диодно-мостовую схему 3. Сигнал с компенсатора напряжения 4 подается на вторую обратно включенную диодно-мостовую схему 5. Таким образом, на выходах диодно-мостовых схем 3 и 5 формируются выпрямленные разнополярные сигналы (3) и (4). Эти сигналы суммируются в сумматоре 6, формируя при этом выходной сигнал треугольной формы (5) на сопротивлении нагрузки Rload - Диаграммы выходных сигналов при варьировании фазовых сдвигов представлены на рис.2.

Рис.2. Диаграммы выходных сигналов

Практическая схема удвоителя частоты - формирователя сигналов треугольной формы изображена на рис.3. Входной сигнал синусоидальной формы через фазосдвигающую цепочку R1C1 поступает на первый выпрямительный мост (диоды VD1-VD4). Этот же сигнал через потенциометр R2 ("Компенсация") поступает на второй выпрямительный мост (диоды VD5-VD8).

Рис.3. Принципиальная схема формирователя сигналов треугольной формы

На выходах мостов относительно общей шины формируются выпрямленные сигналы удвоенной частоты разнополярного напряжения. Выходы мостов объединены через потенциометр R3 ("Баланс"), между движком которого и общей шиной включено сопротивление нагрузки.

На вход формирователя (рис.3) подают сигнал синусоидальной формы частотой 5 кГц и напряжением 2 В. Настройку устройства производят последовательно-поочередной регулировкой подстроечных элементов (резисторов R1-R3). Потенциометром R1 регулируют сдвиг фазы; R2 - компенсируют потери (затухание) сигнала при прохождении сигнала через фазовращающую цепочку; R3 - балансируют амплитуду смешиваемых сигналов. В итоге на выходе формируется сигнал треугольной формы удвоенной частоты (10 кГц).

Работа устройства была апробирована с использованием программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench 5.12.

К достоинствам описанной схемы получения сигналов треугольной формы следует отнести ее простоту и высокую линейность выходного сигнала. В то же время близкий к идеальному вид выходного сигнала треугольной формы обеспечивается в узкой полосе частот, что обусловлено применением фазосдвигающих цепочек простейшего типа, предназначенных лишь для демонстрации принципа действия устройства. Диапазон рабочих частот, на которых способен работать формирователь, ограничен также частотными свойствами диодов выпрямителей (верхняя граница приблизительно соответствует значению 5...10% от предельной рабочей частоты используемых диодов).

Таким образом, для обеспечения требуемой формы сигналов элементы устройства должны отвечать некоторому набору требований, обусловленных наличием полупроводниковых нелинейных элементов:

- идеальность выпрямителей (линейность и идентичность их вольт-амперных характеристик);
- минимальная и равная емкость n-р переходов (идентичность вольт-емкостных характеристик).

Эти требования отчасти удовлетворяются при использовании высокочастотных германиевых точечных диодов одной партии изготовления, отобранных по критерию идентичности вольт-амперных и вольт-емкостных характеристик, а также при работе в области относительно низких частот (до единиц килогерц), использовании синусоидального сигнала высокой амплитуды (единицы...десятки вольт) и работе на согласованную нагрузку.

Улучшить форму пиков выходного сигнала (область малых напряжений выпрямленных сигналов, где наиболее отчетливо выражены нелинейные свойства полупроводниковых выпрямителей) можно за счет смещения рабочих точек диодов на линейный участок вольт-амперной характеристики подпиткой постоянным током.

Литература

1. Бондарь В.А. Исследование линеаризации процесса заряда или разряда конденсатора в генераторах линейно изменяющегося напряжения: Автореф. дисс. На степень канд. техн. наук. - Томск: ТПИ, 1971.
2. Ноткин Л.Р. Функциональные генераторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1983.
3. Граф Р., Шиите В. Энциклопедия электронных схем. Т. 7.Ч. И.-М.:ДМК,2000.
4. Шустов М.А. Фазомодулированный генератор треугольного напряжения. - Радиолюбитель, 1999, № 5.

Автор: М.А. Шустов; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Узлы радиолюбительской техники. Генераторы, гетеродины.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Датчики видимого и инфракрасного изображений в одном чипе 23.12.2015 Специалисты японской Olympus объединили датчик видимого изображения с датчиком, работающим в ближнем инфракрасном диапазоне. На недавнем мероприятии IEDM 2015 компания Olympus представила разработку, авторы которой объединили в одно изделие датчик видимого изображения и датчик, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне. Важно, что датчики могут использоваться независимо. Прибор имеет многослойную структуру. Датчик, работающий в видимом диапазоне, и его фильтр RGB находится сверху. Светочувствительные элементы имеют размеры 3,8 х 3,8 мкм, разрешение датчика - 4224 х 240 пикселей. В нижнем слое находится инфракрасный датчик. Обычно датчики изображения снабжены фильтром, удаляющим из падающего света инфракрасную составляющую. В разработке Olympus ее влияние компенсируется вычитанием сигнала, вырабатываемого нижним слоем. Областями применения такого комбинированного прибора названы медицинские приборы, средства безопасности и дальномеры. В первом случае датчик позволит, образно говоря, "заглянуть под кожу", исследуя живые ткани на предмет патологий. Во втором он может использоваться для идентификации по рисунку сосудов. В третьем случае для измерения расстояния используется изменение времени прохождения сигнала (инфракрасного импульса) до препятствия и обратно.

Другие интересные новости:

▪ Светящиеся растения

▪ Выращен светящийся картофель

▪ Мозг из крови

▪ Пробиотики защищают от депрессии

▪ Вся морская соль загрязнена пластиком

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Край непуганых идиотов. Крылатое выражение

▪ статья Каковы размеры крупнейшего из известных метеоритных кратеров в Солнечной системе и где он расположен? Подробный ответ

▪ статья Электромеханик телевидения. Должностная инструкция

▪ статья Индикатор уровня сигнала. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Приемник прямого усиления на KB. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025