Additive Triangle Signal Conditioner

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Knoten von Amateurfunkgeräten. Generatoren, Überlagerungen

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Dargestellt ist die Möglichkeit der Synthese eines dreieckförmigen Signals durch Addition zweier durch Brückenschaltungen gleichgerichteter Sinussignale unterschiedlicher Polarität, von denen eines gegen das andere um 90° phasenverschoben ist; es werden Formeln angegeben, die die Dynamik von Signaladditionsprozessen beschreiben; Auf der Grundlage theoretischer Berechnungen wurde eine Schaltung eines Geräts erstellt, das ein Dreiecksignal synthetisiert.

Dreiecksignale werden in der Regel in Generatoren mit zeitaufladenden RC-Gliedern, Digital-Analog-Wandlern oder synthetisch per Hard- und Software gewonnen. In diesem Fall ist es in der Regel schwierig, eine hohe Linearität und Symmetrie des erzeugten Signals zu erreichen, das Problem kann jedoch durch eine spürbare Steigerung der intellektuellen und Ressourcenintensität des Geräts gelöst werden [1–4].

Es stellte sich als ziemlich einfach heraus, mit einem Frequenzverdoppler, dessen Schema in den frühen 70er Jahren des 90. Jahrhunderts vorgeschlagen wurde (private Mitteilung, Frequenzverdoppler von S. I. Semenov), ein Signal mit einer fast idealen Dreiecksform zu erhalten. Das Funktionsprinzip dieses Verdopplers beruht auf der gegenphasigen Addition zweier durch Brückenschaltungen gleichgerichteter Sinussignale, von denen das eine gegenüber dem anderen um XNUMX° phasenverschoben ist. Trotz der Einfachheit eines solchen Frequenzverdopplers wurden bis vor kurzem seine praktische Implementierung und darüber hinaus keine analytischen Studien durchgeführt.

Eine Computermodellierung der Form von Signalen, die dem Ausgang einer solchen Vorrichtung entnommen wurden, zeigte, dass am Ausgang des Formers, wenn eine Phasenverschiebung von 90° bereitgestellt wird, ein dreieckiges Signal erhalten wird. Das Blockschaltbild des dreieckig geformten additiven Signalgenerators ist in Abb. 1 dargestellt. XNUMX. Die Dynamik elektrischer Prozesse, die an verschiedenen Kontrollpunkten des Geräts beobachtet werden, kann durch die folgenden Ausdrücke beschrieben werden:

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)}. Im allgemeinen Fall Uout(t) = U0 {abs[sin(wt + n90)] - abs(sin wt)}, n=1,3,5...

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

Abb.1. Strukturdiagramm des Shapers

Dem Phasenschieber 1 und dem Widerstandsspannungskompensator 1 wird ein sinusförmiges Signal (1) zugeführt, das dem Ausgang des Generators 2 (Fig. 4) entnommen wird. Es wird ein um einen Winkel von 90 ° phasenverschobenes sinusförmiges Signal (2) zugeführt Diodenbrückenschaltung 3. Das Signal des Spannungskompensators 4 wird der zweiten rückgeschalteten Diodenbrückenschaltung 5 zugeführt. An den Ausgängen der Diodenbrückenschaltungen 3 und werden somit gleichgerichtete Bipolarsignale (5) und (3) gebildet 4. Diese Signale werden im Addierer 6 aufsummiert und bilden so am Lastwiderstand Rload ein dreieckförmiges Ausgangssignal (5) - Diagramme der Ausgangssignale mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen sind in Fig.2 dargestellt.

Abb.2. Ausgabediagramme

Eine praktische Schaltung eines Frequenzverdopplers - eines Dreieckformers - ist in Abb. 3 dargestellt. Das sinusförmige Eingangssignal durch die Phasenverschiebungskette R1C1 wird der ersten Gleichrichterbrücke (Dioden VD1-VD4) zugeführt. Das gleiche Signal über das Potentiometer R2 ("Compensation") wird der zweiten Gleichrichterbrücke (Dioden VD5-VD8) zugeführt.

Abb. 3. Schematische Darstellung des Dreieckwellengenerators

An den Ausgängen der Brücken gegenüber dem gemeinsamen Bus werden gleichgerichtete Signale mit der doppelten Frequenz der bipolaren Spannung gebildet. Die Ausgänge der Brücken sind über das Potentiometer R3 ("Balance") verbunden, zwischen dessen Motor und dem gemeinsamen Bus der Lastwiderstand angeschlossen ist.

An den Eingang des Formers (Abb. 3) wird ein Sinussignal mit einer Frequenz von 5 kHz und einer Spannung von 2 V angelegt.Das Gerät wird durch sukzessives Einstellen der Abstimmelemente (Widerstände R1-R3) abgestimmt. Potentiometer R1 stellt die Phasenverschiebung ein; R2 - kompensiert den Verlust (Dämpfung) des Signals, wenn das Signal die Phasenverschiebungskette durchläuft; R3 - gleicht die Amplitude der gemischten Signale aus. Dadurch entsteht am Ausgang ein dreieckförmiges Signal doppelter Frequenz (10 kHz).

Der Betrieb des Geräts wurde mit dem Schaltungssimulationsprogramm Electronics Workbench 5.12 getestet.

Die Vorteile des beschriebenen Schemas zum Erhalten dreieckiger Signale umfassen seine Einfachheit und hohe Linearität des Ausgangssignals. Gleichzeitig wird in einem schmalen Frequenzband ein nahezu ideales dreieckförmiges Ausgangssignal bereitgestellt, was durch die Verwendung von Phasenverschiebungsketten einfachster Art bedingt ist, die nur dazu dienen sollen, das Funktionsprinzip der Vorrichtung zu demonstrieren. Der Bereich der Arbeitsfrequenzen, in denen der Shaper arbeiten kann, wird auch durch die Frequenzeigenschaften der Gleichrichterdioden begrenzt (die obere Grenze entspricht ungefähr einem Wert von 5 ... 10% der Grenzarbeitsfrequenz der verwendeten Dioden) .

Um die erforderliche Signalform bereitzustellen, müssen die Geräteelemente daher aufgrund des Vorhandenseins von nichtlinearen Halbleiterelementen einen bestimmten Satz von Anforderungen erfüllen:

- Idealität von Gleichrichtern (Linearität und Identität ihrer Volt-Ampere-Kennlinien);
- minimale und gleiche Kapazität von n-p-Übergängen (Identität der Volt-Kapazitäts-Charakteristik).

Diese Anforderungen werden teilweise erfüllt, wenn Hochfrequenz-Germaniumpunktdioden aus der gleichen Produktionscharge verwendet werden, die nach dem Kriterium identischer Strom-Spannungs- und Volt-Kapazitäts-Kennlinien ausgewählt werden, sowie beim Betrieb im Bereich relativ niedriger Frequenzen (bis zu Einheiten von Kilohertz), unter Verwendung eines sinusförmigen Signals mit hoher Amplitude (Einheiten ... zehn Volt) und arbeiten mit einer angepassten Last.

Es ist möglich, die Form der Ausgangssignalspitzen (der Bereich niedriger Spannungen von gleichgerichteten Signalen, wo die nichtlinearen Eigenschaften von Halbleitergleichrichtern am deutlichsten zum Ausdruck kommen) zu verbessern, indem die Arbeitspunkte der Dioden in den linearen Abschnitt verschoben werden Strom-Spannungskennlinie durch Speisung mit Gleichstrom.

Literatur

1. Bondar V.A. Untersuchung der Linearisierung des Vorgangs des Ladens oder Entladens eines Kondensators in linear veränderlichen Spannungsgeneratoren: Kurzfassung der Diplomarbeit. diss. Für den Grad Cand. Technik. Wissenschaften. - Tomsk: TPI, 1971.
2. Notkin L.R. Funktionsgeneratoren und ihre Anwendung. - M.: Radio und Kommunikation, 1983.
3. Graf R., Shiite V. Enzyklopädie elektronischer Schaltungen. T. 7.Ch. I.-M.: DMK, 2000.
4. Shustov M.A. Phasenmodulierter Dreiecksspannungsgenerator. - Funkamateur, 1999, Nr. 5.

Autor: M.A. Schustow; Veröffentlichung: radioradar.net

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