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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Измерена сверхмалая сила с помощью одного атома 03.04.2018 Австралийские физики под руководством доктора Эрика Стрида (Erik W. Streed) из университета Гриффита в Брисбене измерили сверхмалую силу величиной менее 0,0000000000000000001 Н с помощью манипуляций с одним-единственным атомом. Ученые взяли атом иттербия (70-й элемент Таблицы Менделеева, относится к группе лантаноидов), удалили у него один электрон и поймали атом в "ловушку" из электрических полей. После этого, с помощью лазерного луча атом охладили почти до температуры абсолютного нуля: -273.15 °C, с помощью лазера. Атом при этом испускал излучение, пучки которого фокусировались с помощью линз Френеля. Изучая таким образом движения атома, доктор Стрид с коллегами смогли зафиксировать его реакцию на электрические поля, а также измерить сверхмалую силу, когда фотон отскакивал от атома иттербия. Она оказалась равной 95 зептоньютонам (0,000000000000000000095 Н). Это примерно равно силе гравитационного взаимодействия, которая существует, например, между двумя людьми, один из которых находится в Вашингтоне, а другой - в Далласе. Достижение австралийцев, во-первых, показывает возросшие возможности современной квантовой физики, а, во-вторых, дает новую интересную информацию о том, как устроен наш мир на этом уровне.

Другие интересные новости:

▪ Клетка для углекислого газа

▪ E-skin - дисплей на коже

▪ Здоровая пища проходит сквозь организм быстро

▪ Вымирание вида зависит от размера животных

▪ Недорогие блоки питания Antec с сертификацией 80 PLUS Platinum

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электроснабжение. Подборка статей

▪ статья Самоходная картофелекопалка. Чертеж, описание

▪ статья Для чего была построена первая паровая машина? Подробный ответ

▪ статья Начальник общего отдела. Должностная инструкция

▪ статья Электропитание. Справочник

▪ статья Выкидывающиеся платки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025