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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Чем пахнет в библиотеке 20.03.2010 Запах старых книг в любой библиотеке волнует сердце каждого книголюба. Парфюмер определил бы этот аромат как смесь травянистого запаха с оттенком ванили, примесью затхлости и чего-то кислого. Недавно группа исследователей из Англии и Словении доказала, что, анализируя запах старой бумаги, можно определить состояние книги или документа. С помощью газовой хроматографии ученые проанализировали запах 72 документов и изданий XIX и XX веков и смогли выделить 15 летучих соединений, по соотношению которых удается определить степень разрушения бумаги. Такой анализ требует гораздо меньше времени и усилий, чем подробное рассмотрение каждой страницы. К осмотру книг и документов следует приступить после того, как запах даст повод для тревоги, а затем можно принять профилактические меры. Исследователи надеются, что удастся сконструировать ручной прибор для хроматографического анализа, с помощью которого каждый библиотекарь сможет оперативно проверять состояние своих подопечных.

Другие интересные новости:

▪ Самый быстрый муравей

▪ Усталость от собственных мыслей

▪ Опасность космического мусора

▪ Ученический хромбук CTL H4

▪ Умеренный шум тоже вреден

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электроснабжение. Подборка статей

▪ статья Прошедшего житья подлейшие черты. Крылатое выражение

▪ статья Когда кошки стали домашними животными? Подробный ответ

▪ статья Первая доврачебная помощь при утоплении. Медицинская помощь

▪ статья Универсальный сетевой фильтр и его конструкция. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный источник питания на однопереходном транзисторе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026