Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments
Генератор квадратурного сигнала | Техника и Программы
December 26, 2011 by admin Комментировать »

На рис. 12.5 приведена интересная схема генератора синусоидальных сигналов с малыми искажениями (<0,1 %), которая обеспечивает на выходе два одинаковых сигнала, сдвинутых по фазе на 90° один относительно другого. Он используется в биквадратном фильтре (аналоговом компьютере), изображенном на рис. 11.55, который имитирует резонансную систему. Основу схемы составляют два интегратора, соединенные обратной связью через инвертор с единичным усилением. При верхнем положении скользящего контакта потенциометров Rla и Ru колебания будут иметь место на частоте, при которой каждый интегратор имеет единичный коэффициент усиления, то есть на частоте, где 1/coRC = 1 (в этой схеме R3 = R5 = R и С = С = С). Потенциометры R]a и Rn объединены вместе и перекрывают диапазон частот, в пределах которого частота может меняться как 11:1. Идеальным здесь является сдвоенный потенциометр с линейным перемещением подвижного контакта (движковый потенциометр), поскольку согласование двух секций в нем намного более точно, чем в обычных сдвоен-

Рис. 12.5. Генератор синусоидальных сигналов с двумя квадратурными выходными сигналами одинаковой амплитуды.

ных потенциометрах с перемещением подвижного контакта по окружности путем вращения. Для изменения частоты на декаду можно переключать пары конденсаторов.

Чтобы обеспечить быстрый запуск генератора при включении схемы, применяется резистор Rj с сопротивлением 4,7 МОм, создающий небольшое «отрицательное демпфирование». Ограничение амплитуды обеспечивается стабилитронами Dj и D2 и делителем R8 — Rt), которые вносят положительное демпфирование, когда амплитуда выходного сигнала становится больше величины порядка 4 В. Оба выхода (1) и (2) дают очень устойчивый сигнал с удвоенной амплитудой 8 В. Из-за наличия интегратора между двумя выходами разность фаз между сигналами на этих выходах получается равной 90°. Если выбрать соответствующие емкости Сх и С2, то схема будет хорошо работать на частотах вплоть до 0,1 Гц. Когда выходы генератора соединены со входами осциллографа

Хи Y, на экране наблюдается фигура Лиссажу в виде точной окружности; это особенно эффектно проявляется на низких частотах, когда на экране хорошо видно пятно, медленно описывающее окружность. На основе этой схемы можно смоделировать экран радиолокатора.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

5.16. Квадратные генераторы

Активные фильтры и генераторы

Генераторы



Время от времени возникает потребность в генераторах, которые формируют одновременно пару одинаковых по амплитуде колебаний синусоидальной формы, но сдвинутых по фазе на 90°. Эту пару сигналов можно рассматривать как синусоидальное и косинусоидальное колебания, мы же будем придерживаться термина квадратурная пара сигналов (сигналы «в квадратуре»). Наиболее важны такие сигналы в радиосвязи квадратурные смесители, схемы формирования однополосных сигналов). Кроме того, дальше будет показано, что такая квадратурная пара сигналов всегда необходима для формирования сигнала с любой произвольной фазой.

Первая мысль, которая сразу возникает, - это как подавать сигнал синусоидальной формы на интегратор (или дифференциатор), чтобы на его выходе появился сдвинутый на 90° сигнал косинусоидальной формы. При этом сигнал имеет правильный фазовый сдвиг, но его амплитуда испорчена (поймите почему). Далее предлагаются некоторые способы решения этой задачи.

Резонатор на переключаемых конденсаторах. На рис. 5.38 показан способ пользования ИС фильтра на переключаемых конденсаторах MF5 в режиме самовозбуждающегося полосового фильтра. который формирует пару квадратурных сигналов синусоидальной формы. Наиболее простой способ понять ее работу - это предположить, что на выходе уже присутствует сигнал синусоидальной формы; далее компаратор преобразует его в прямоугольное колебание с небольшой амплитудой (падение напряжения на одном диоде) - которое снова подается на вход фильтра. Фильтр обладает узкой полосой пропускания (Q = 10) так что он преобразует прямоугольное колебание в выходной синусоидальный сигнал и таким образом поддерживается генерация. Входное прямоугольное колебание тактовой частоты (такт) задает пентральную частоту полосы пропускания, следовательно, сама частота генерации в этом случае составит ƒ

такт/100. Эта схема пригодна для работы в диапазоне частот от нескольких герц до приблизительно 10 кГц и формирует вадратурную пару синусоидальных сигналов с равными амплитудами. Следует отметить, что эта схема дает «ступенчатую» аппроксимацию синусоидальной формы выходного сигнала вследствие того, что переключаемый фильтр дает квантованный выходной сигнал.

квадратурный генератор

Рис. 5.38. Квадратурный генератор на переключаемых конденсаторах.

Генератор колебаний специальной формы (аналоговые тригонометрические функции). Фирма Analog Devices изготовляет интересную нелинейную «функциональную ИС», которая преобразует входное напряжение в выходной сигнал, пропорциональный sin(AUвх), где коэффициент усиления А имеет фиксированное значение, равное 50°/В. Как правило, этот кристалл (AD639) может на самом деле выполнять гораздо больше функций. Он вырабатывает четыре выходных сигнала, называемые Х1, Х2, Y1 и Y2, и формирует выходной сигнал, напряжение которого определяется следующим образом: U

вых = sin(X1 - X2)/sin(Y1 - Y2). Таким образом, если например, установить Х1 = Y1 = 90° (т.е. +1,8 В), Y2 = 0 (закоротка на «землю»), а входное напряжение подавать на вход Х2, то вырабатывается сигнал вида cos(Х2).

Упражнение 5.10. Докажите последнее утверждение.

У схемы AD639 имеется также выход прецизионного опорного напряжения +1.8В, что существенно облегчает ее применение. Следовательно, если на пару ИС AD639 подать треугольное колебание с амплитудой 1,8В, то можно получить пару квадратурных сигналов синусоидальной формы, как это показано на рис. 5.39. Рабочий диапазон частот этой ИС лежит в пределах от постоянного тока до приблизительно 1 МГц.

генератор

Рис. 5.39. Генератор тригонометрических функций.

Просмотровая таблица (поиск элементов при помощи просмотра). Это цифровая методика, которую вы полностью освоите только после изучения гл. 9. Основная идея состоит в том, чтобы запрограммировать цифровую память большого объема цифровыми значениями (выборками) синуса и косинуса, аргументы которых выбираются через равноотстоящие угловые промежутки (скажем, через 1). Тогда, быстро последовательно перебирая адреса этой памяти, можно получить колебание синусоидальной формы, для этого считанные из памяти по каждому адресу цифровые значения (т е. для последовательности угловых аргументов) подаются на пару цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Этот метод имеет следующие недостатаки. Как и в случае резонатора на переключаемых конденсаторах выходной сигнал имеет ступенчатую форму, поскольку он формируется из набора дискретных напряжений, по одному на содержимое каждой ячейки памяти. Можно, конечно, для сглаживания выходного сигнала поставить фильтр нижних частот, но, делая это, нельзя перекрыть широкий диапазон частот поскольку нужно выбирать такой фильтр нижних частот, чтобы он пропускал само синусоидальное колебание и в то же время подавлял более высокую частоту выборки (такая же проблема характерна и для резонатора на переключаемых конденсаторах). В этом случае помогает сокращение углового интервала между соседними значениями, но тогда соответственно снижается максимальная частота вырабатываемого выходного колебания. При использовании стандартных ЦАП с временем преобразования не более одной микросекунды, можно получить синусоидальные сигналы с частотами вплоть до нескольких десятков килогерц, полагая, что шаг углового аргумента составляет порядка одного градуса. Для самих же ЦАП характерно наличие в момент переключения больших остроконечных выбросов напряжения («кратковременная импульсная помеха»). Эти полноразрядные кратковременные импульсные помехи возникают даже, если переключение происходит между смежными (ближайшими) уровнями выходного напряжения! В гл. 9 будут предложены способы решения этой проблемы. Разрядность имеющихся в распоряжении ЦАП достигает 16 (в этом случае разрешающая способность составляет единицу из 65536 значений).

Генератор на основе метода переменных состояния. Все предложенные ранее методы требуют выполнения некоторой тяжелой работы. К счастью, сотрудники дружественной фирмы Burr-Brown провели эту работу дома и вышли на рынок с моделью 4423, которая представляет собой «прецизионный квадратурный генератор». В нем используется стандартная схема полосового фильтра на основе метода переменных состояния, выполненная на трех ОУ (рис. 5.18), где выходной сигнал через диодный ограничитель подается на вход (см. рис. 5.40). Она предназначена для работы в диапазоне частот от 0,002 Гц до 20 кГц и при этом она демонстрирует высокую стабильность фазового сдвига, амплитуды и частоты (максимально 10

-4 1/°С). Схема 4432 является модульной (а не монолитной ИС) и выпускается в 14 - выводном стандартном DIP - корпусе при цене 24 долл. в малых партиях.

генератор

Рис. 5.40.

Фильтры на схеме с упорядоченными фазовыми сдвигами. Известны изощренные схемы RС-фильтров, которые обладают способностью при подаче на их вход сигнала синусоидальной формы формировать на выходе пару синусоидальных сигналов, имеющих разность фаз приблизительно 90°. В радиотехнике это называется «фазовым» методом формирования однополосного сигнала (благодаря Weaver), где предназначенный для передачи входной сигнал состоит из сигналов речевого диапазона.

К сожалению, этот метод работает удовлетворительно только в ограниченном диапазоне частот и требует точного подбора номиналов резисторов и конденсаторов. Более приемлемый способ формирования широкополосных квадратурных сигналов основан на использовании «цепи с упорядоченными фазовыми сдвигами», которая представляет собой регулярную структуру, состоящую из резисторов с равными номиналами, а номиналы конденсаторов уменьшаются в геометрической прогрессии, как это указано на рис. 5.41. На вход этой цепи подаются два сигнала, а именно прямой и сдвинутый на 180° (это легко сделать с помощью инвертора с единичным коэффициентом передачи). Выходной сигнал представляет собой набор из четырех квадратурных сигналов и при использовании 6-секционной цепи их погрешность составляет ±0,5° в диапазоне частот 100:1.

генератор

Рис. 5.41. Цепь с упорядоченными фазовыми сдвигами.

Квадратурные колебания прямоугольной формы. В некоторых случаях формирование квадратурных сигналов прямоугольной формы является несложной задачей. Основная идея заключается в том, чтобы сформировать сигнал удвоенной частоты, затем поделить его в два раза с помощью цифрового триггера (гл. 8) и декодировать на вентилях (снова гл. 8). Это наиболее совершенный способ формирования квадратурных прямоугольных колебаний в диапазоне частот от постоянного тока до по крайней мере 100 МГц.

Квадратурные сигналы диапазона радиочастот. В диапазоне радиочастот (выше нескольких мегагерц) формирование пары квадратурных сигналов синусоидальной формы снова достаточно тривиальная задача; в этом случае используются приборы, которые называются квадратурными гибридными схемами (или квадратурные расщепитель/объединитель). На низкочастотной границе радиочастотного диапазона (от нескольких мегагерц до, может бить, 1 ГГц) они принимают форму небольших трансформаторов с магнитным сердечником, в то время как на более высоких частотах нужно найти их воплощение в форме полосковых линий передачи (полоски и печатные проводники, изолированные от заземленной подложки) или световодов (полая прямоугольная трубка). Эти вопросы снова будут рассмотрены в гл. 13. Методика достаточно узкополосная, типовая ширина рабочей частоты не превышает октаву (т. е. соотношение частот 2.1).

Формирование синусоидального колебания с произвольной фазой. Поскольку у нас уже имеется пара квадратурных сигналов, достаточно просто сформировать синусоидальное колебание с

произвольной фазой. В этом случае требуется просто объявить синфазный (I) и квадратурные сигналы (Q) на резистивном сумматоре, что наиболее просто реализуется с помощью потенциометра, включенного между I и Q сигналами. При вращении движка потенциометра эти сигналы (I и Q) суммируются в различных соотношениях при этом удается получить плавное изменение фазы в диапазоне от 0 до 90°. Если же рассматривать эту проблему с точки зрения векторов, то можно показать, что фаза результирующего колебания совершенно не зависит от частоты; однако его амплитуда при регулировке фазы меняется, спадая на 3 дБ при фазе 45°. Метод достаточно просто можно распространить и на случай формирования колебания, фаза которого должна лежать в диапазоне от 0 до 360°, при этом используются противоположные сигналы (фазовый сдвиг 180°) I’ и Q’ которые получаются с помощью инвертирующих усилителей с коэффициентом передачи -1.


Схемы, не требующие пояснении


Генератор на основе сдвига фаз с одним ОУ.


ТОП 10:

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Генераторы на основе сдвига фаз производят меньше искажений, чем генераторы на основе моста Вина, имея ещё и хорошую стабильность частоты. Такой генератор может быть построен с одним ОУ, как показано на рисунке 14. Три RC звена соединены последовательно, чтобы получить крутой наклон dφ/dω, необходимый для стабильной частоты колебаний, как это описано в разделе 3. Применение меньшего количества RC звеньев приводит к высокой частоте колебаний, ограниченной полосой пропускания ОУ.

Рис. 14. Генератор на основе сдвига фаз с одним ОУ.

Скачать LTspice модель.

Рис. 15. Выходной сигнал схемы с рисунка 14.

Как правило, считается, что фазосдвигающие цепи являются независимыми друг от друга, что позволяет вывести уравнение (14). Полный сдвиг фазы петли ОС составляет –180°, при этом фазовый сдвиг, вносимый каждым звеном составляет –60°. Это происходит при ω = 2πf = 1.732/RC (tan 60° = 1.732...). Величина β в этой точке будет равна (1/2)3, так что усиление, A, должно быть равно 8, что бы общее усиление было равно единице.

(14)

Частота колебаний с номиналами компонентов, показанных на рисунке 14, составляет 3,767 кГц, а расчётная частота составляет 2,76 кГц. Кроме того, коэффициент усиления, требуемый для возникновения генерации, равен 27, а расчётный равен 8. Это расхождение частично возникает из-за разброса параметров компонентов, однако главным фактором является неверное предположение, что RC звенья не нагружают друг друга. Эта схема была очень популярна, когда активные компоненты были большими и дорогими. Но теперь ОУ недороги, малы, и в одном корпусе содержится 4 ОУ, поэтому генератор на основе фазосдвигающей цепи на одном операционном усилители теряет популярность. Искажения выходного сигнала составляют 0,46%, что значительно меньше, чем в схеме генератора на основе моста Вина без стабилизации амплитуды.

Буферированный генератор на основе сдвига фаз

Буферизованный генератор на основе сдвига фаз намного лучше небуферизованной версии, но платой за это является большее число применённых компонентов. На рисунках 16 и 17 изображён буферизированный генератор на основе сдвига фаз, и соответственно выходной сигнал. Буферы предотвращают RC цепи от нагружения друг друга, поэтому параметры буферизированного генератора на основе сдвига фаз лежат гораздо ближе к расчётным значениям частоты и коэффициенту усиления. Резистор RG, устанавливающий коэффициент усиления, нагружает третье RC звено. Если буферизировать это звено с помощью четвёртого ОУ, то параметры генератора станут идеальными. Синусоидальный сигнал с низкими искажениями может быть получен любым генератором на основе сдвига фаз, но наиболее чистый синус получается на выходе последнего RC звена генератора. Это высокоомный выход, поэтому высокое входное сопротивление нагрузки обязательно для предотвращения перегрузки и как следствия, изменения частоты генерации из-за вариаций параметров нагрузки.

Частота генерации схемы составляет 2,9 кГц по сравнению с идеальной расчётной частотой 2,76 кГц, коэффициент усиления был равен 8,33, что близко к расчётному, равному 8. Искажения составляли 1,2%, что значительно больше, чем у небуферизованого фазового генератора. Эти расхождения параметров и сильные искажения возникают из-за большого номинала резистора обратной связи RF, который совместно с входной ёмкостью ОУ CIN создаёт полюс, лежащий поблизости от частоты 5 кГц. Резистор RG всё ещё нагружает последнее RC звено. Добавление буфера между последним RC звеном и выходом VOUT снизит усиление и частоту генерации до расчётных значений.

Рис. 16. Буферированный генератор на основе сдвига фаз.

Скачать LTspice модель.

Рис. 17. Выходной сигнал схемы с рисунка 17.

Генератор Буббы

Генератор Буббы, схема которого приведена на рисунке 18, является ещё одним генератором на основе сдвига фаз, но здесь используется выгода от применения счетверённого операционного усилителя, что приносит уникальные преимущества. Четыре RC звена требуют фазовый сдвиг по 45° в каждом звене, так что этот генератор имеет отличную d&phi/dt, что приводит к минимальному дрейфу частоты. Каждая из RC секций вносит фазовый сдвиг в 45°, поэтому снимая сигнал с разных звеньев можно получить низкоомный квадратурный выход. При снятии сигналов с выходов каждого из ОУ можно получить четыре синусоиды со сдвигом фаз по 45°. Уравнение (15) описывает петлю обратной связи. При ω = 1/RCs, уравнение 15 упрощается до уравнений (16) and (17).

(15)

(16)

(17)

Рис. 18. Генератор Буббы.

Скачать LTspice модель.

Рис. 19. Выходной сигнал схемы с рисунка 18.

Что бы генерация возникла усиление A должно быть равно 4. Частота колебаний испытательной схемы составляла 1.76 кГц, при этом расчётное значение составляет 1.72 кГц, и соответственно усиление было равно 4.17 при расчётном значении, равном 4. Форма выходного сигнала показана на рисунке 19. Искажение составляют 1.1% для VOUTSINE и 0.1% for VOUTCOSINE. Синусоидальный сигнал с очень низкими искажениями может быть получен из точки соединения резисторов R и RG. Когда сигнал с низким уровнем искажений необходимо снимать со всех выходов, то общее усиление должно быть распределено среди всех ОУ. На неинвертирующий вход усиливающего ОУ подано напряжение смещения 2.5 вольт, что бы установить напряжение покоя равным половине напряжения питания при использовании однополярного источника, если же используется двухполярный источник питания то неинвертирующий вход следует заземлить. Распределение усиления между всеми ОУ требует применение смещения для них, но это никак не воздействует на частоту генерации.

Квадратурный генератор

Квадратурный генератор, изображённый на рисунке 20 является другим типом генератора на основе сдвига фаз, но три RC звена настроены так, что каждое звено вносит фазовый сдвиг по 90°. Это обеспечивает на выходе как синусоидальный, так и косинусоидальный сигнал (выходы являются квадратурными, с разностью фаз по 90°), что является явным преимуществом перед другими генераторами на основе фазовых сдвигов. Идея квадратурного генератора лежит в использовании того факта, что двойное интегрирование синусоиды даёт инвертирование сигнала, то есть происходит сдвиг сигнала по фазе на 180°. Фаза второго интегратора тогда инвертируется и используется как положительная ОС, что приводит к возникновению генрации [6].

Усиление петли обратной связи рассчитывается по уравнению (18). При R1C1 = R2C2 =R3C3 уравнение (18) упрощается до (19). Когда ω = 1/RC, уравнение (18) упрощается до 1∠–180, так что генерация возникает на частоте ω = 2πf = 1/RC. У испытательной схемы колебания возникают на частоте 1.65 кГц, что немного отличается от расчётной частоты, равной 1.59 кГц, как показано на рисунке 21. Это расхождение объясняется разбросом параметров компонент. Оба выхода имеют относительно высокие искажения, которые могут быть уменьшены при использовании АРУ. Синусоидальный выход имел коэффициент искажений 0,846%, косинусоидальный - 0,46%. Регулировка усиления может увеличить амплитуду выходного сигнала. Недостатком такого генератора является уменьшенная полоса пропускания.

(18)

(19)

Рис. 20. Схема квадратурного генератора.

Скачать LTspice модель.

Рис. 21. Выходной сигнал схемы с рисунка 20.

Заключение

Генераторы на ОУ имеют ограничение по рабочей частоте, так как у них нет необходимой ширины полосы пропускания для получения малого сдвига фаз на высоких частотах. Новые операционные усилители с обратной связью по току имеют гораздо более широкую полосу пропускания, но их очень сложно использовать в схемах генераторов, так как они очень чувствительны к ёмкостям в цепи обратной связи. Операционные усилители с обратной связью по напряжению ограничены рабочим диапазоном до сотен кГц из-за низкой полосы пропускания. Пропускная способность снижается при соединении ОУ каскадно из-за умножения фазовых сдвигов.

Генератор на основе моста Вина содержит немного компонентов и имеет хорошую стабильность частоты, но базовая схема имеет высокий коэффициент выходных искажений. Применение АРУ значительно снижает искажения, особенно в нижнем диапазоне частот. Нелинейная обратная связь обеспечивает наилучшие характеристики в средней и верхней частях частотного диапазона. Генератор на основе сдвига фаз имеет высокий уровень искажений, и без буферирования звеньев требует большого коэффициента усиления, что ограничивает его частотный диапазон очень низкой частотой. Снижение цен на операционные усилители и другие компоненты уменьшило популярность таких генераторов. Квадратурный генератор требует для своей работы всего два операционных усилителя, имеет приемлемый уровень нелинейных искажений и с его выходов можно получить синусоидальный и косинусоидальный сигналы. Его недостаток - низкая амплитуда выходного сигнала, которая может быть увеличена путём применения дополнительного каскада усиления, но это приведёт к существенному уменьшению полосы пропускания.

Ссылки

  1. Graeme, Jerald, Optimizing Op Amp Performance, McGraw Hill Book Company, 1997.
  2. Gottlieb, Irving M., Practical Oscillator Handbook, Newnes, 1997.
  3. Kennedy, E. J., Operational Amplifier Circuits, Theory and Applications, Holt Rhienhart and Winston, 1988.
  4. Philbrick Researches, Inc., Applications Manual for Computing Amplifiers, Nimrod Press, Inc., 1966.
  5. Graf, Rudolf F., Oscillator Circuits, Newnes, 1997.
  6. Graeme, Jerald, Applications of Operational Amplifiers, Third Generation Techniques, McGraw Hill Book Company, 1973.
  7. Single Supply Op Amp Design Techniques, Application Note, Texas Instruments Literature Number SLOA030.

Рон Манчини, Ричард Палмер

BACK MAIN PAGE

 

 




RC генератор - RC oscillator

Линейная электронный генератор схема , которые генерируют синусоидальный выходной сигнал, состоит из усилителя и частот селективного элемента, с фильтром . Линейный колебательный контур , который использует сеть RC , комбинацию резисторов и конденсаторов , для его частоты селективной части называется RC - генератором .

Описание

RC генераторы представляют собой тип обратной связи генератора; они состоят из усилительного устройства, в транзисторе , вакуумной трубки , или ОУ , с некоторыми из ее выходной энергии подается обратно на его вход через сеть резисторов и конденсаторов , в сети RC , чтобы достигнуть положительной обратной связи , заставляя его генерировать осциллирующий синусоидальное напряжение. Они используются для получения более низких частот , в основном звуковые частоты , в таких приложениях , как аудио - генераторов сигналов и электронных музыкальных инструментов. На радиочастотах , другой тип генератора с обратной связью, ЖК генератор используется, но на частотах ниже 100 кГц размер катушек индуктивности и конденсаторов , необходимых для LC генератора становится громоздким, и RC генераторы используются вместо. Их отсутствие громоздких индукторов также облегчает их интеграцию в микроэлектронных устройствах. Так как частота сигнала генератора определяется величиной резисторов и конденсаторов, которые изменяются в зависимости от температуры, RC генераторы не имеют , как хорошую стабильность частоты в качестве кварцевых генераторов .

Частота колебаний определяется критерий Баркгаузена , который говорит , что схема будет колебаться только на частотах , для которых фазовый сдвиг вокруг контура обратной связи равен 360 ° (2л радиан) или кратное 360 °, и коэффициент усиления контура (усиление по петле обратной связи) равно единице. Цель сети RC обратной связи , чтобы обеспечить правильный фазовый сдвиг на нужную частоте колебаний , так что цикл имеет 360 ° фазовых сдвиг, так что синусоидальная волна , после прохождения через петлю будет в фазе с синусоидальной волной в начале и усилить его, в результате положительной обратной связи. Усилитель обеспечивает усиление для компенсации потерь энергии , как сигнал проходит через сеть обратной связи, чтобы создать устойчивые колебания. До тех пор пока коэффициент усиления усилителя достаточно высока , что общий коэффициент усиления по петле равен единице или выше, схема обычно колеблется.

В схемах генератора RC , которые используют одну инвертирование усилительного устройство, такие как транзистор, трубки, или ОУ с обратной связью применяется к инвертирующему входу, усилитель обеспечивает 180 ° фазового сдвига, так что сеть RC должна предоставить другую 180 °. Так как каждый конденсатор может обеспечить максимум 90 ° фазового сдвига, RC генераторы требуют по меньшей мере , два определяющих частоту конденсаторов в схеме (два полюса ), и большинство из них три или более, с сопоставимым числом резисторов. Это делает настройки схемы на различные частоты более сложных , чем в других типах , такие как LC генератор, в котором частота определяются с помощью одного контура LC , чтобы только один элемент должен изменяться. Хотя частота может варьироваться в небольшом диапазоне, регулируя один элемент схемы, чтобы настроить генератор RC в широком диапазоне двух или более резисторов или конденсаторов должны изменяться в унисон, требуя от них быть ополчились вместе механически на одном валу. Частота колебаний пропорциональна обратная величина емкости или сопротивлений, в то время как в LC осциллятора частота пропорциональна обратными квадратный корень из емкости или индуктивности. Таким образом , гораздо более широкий диапазон частот может быть покрыт заданной переменной емкости в качестве генератора RC. Например, конденсатор переменной емкости , которая может изменяться в 9: 1 диапазон емкости будет давать RC - генератора 9: диапазон частот 1, но в LC осциллятора это даст только 3: 1 диапазон.

Некоторые примеры схем генератора общего RC перечислены ниже:

Фазовый сдвиг генератора

Фазовый сдвиг генератора

В сдвиге фаз генератора сеть обратной связи три идентичные каскадно секции RC. В простейшем дизайне конденсаторы и резисторы в каждой секции имеют одинаковое значение и . Тогда на частоте колебаний каждой секция RC способствует 60 ° фазового сдвига в общей сложности на 180 °. Частота колебаний р знак равно р 1 знак равно р 2 знак равно р 3 {\ Displaystyle \ scriptstyle Р \ = \, R1 \ = \, R2 \ = \, R3} С знак равно С 1 знак равно С 2 знак равно С 3 {\ Displaystyle \ scriptstyle С \ = \ С1 \ = \; С2 \; = \; С3}

е знак равно 1 2 π р С 6 {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {1} {2 \ пи RC {\ SQRT {6}}}}}

Сеть обратной связи имеет затухание 1/29, так что операционный усилитель должен иметь коэффициент усиления 29, чтобы дать петлевое усиление одного за цепь колебаться

р е б знак равно 29 ⋅ р {\ Displaystyle R _ {\ mathrm {FB}} = 29 \ CDOT R}
{\ Displaystyle R _ {\ mathrm {FB}} = 29 \ CDOT R} Двойной Т-генератор

Твин-Т осциллятора

Другой общий дизайн является «Твин-Т» осциллятора , как он использует два RC цепи «T» , работающих параллельно. Один контур является RCR «Т» , который действует как фильтр низких частот . Вторая схема является CRC «Т» , который действует как фильтр высоких частот . Вместе эти схемы образуют мостик , который настроен на нужную частоту колебаний. Сигнала в ветви CRC на Твин-T фильтра является передовой, в RCR - задержка, так что они могут гасить друг друга по частоте , если ; если он подключен в качестве отрицательной обратной связи к усилителю, и х> 2, усилитель становится генератором. (Примечание: .) е знак равно 1 2 π р С {\ Displaystyle F = {\ гидроразрыва {1} {2 \ пи RC}}} Икс знак равно 2 {\ Displaystyle х = 2} Икс знак равно С 2 / С 1 знак равно р 1 / р 2 {\ Displaystyle х = С2 / С1 = R1 / R2}

квадратурный генератор

Квадратурный генератор использует два каскадно ОУ интегратора в петле обратной связи, один с сигналом , подаваемым на инвертирующий вход. Преимуществом этой схемы является то , что синусоидальные выходные сигналы двух ОУ на 90 ° по фазе (в квадратуре). Это полезно в некоторых схемах связи.

Низкие осцилляторы искажения

Критерием Баркхаузен упоминалось выше , не определяет амплитуду колебаний. Схема генератора только с линейными компонентами является неустойчивой по отношению к амплитуде. До тех пор пока коэффициент усиление контура ровно один, амплитуда синусоиды будет постоянной, но малейшее увеличение коэффициента усиления, из - за дрейф в стоимости компонентов приведет к тому , чтобы амплитуда растет экспоненциально неограниченна. Точно так же, малейшее снижение приведет к синусоидальной волне отмирать экспоненциально к нулю. Таким образом, все практические генераторы должны иметь нелинейный компонент в цепи обратной связи, чтобы уменьшить коэффициент усиления как амплитуда возрастает, что приводит к стабильной работе при амплитуде , где коэффициент усиление контура равно единица.

В большинстве обычных генераторов, нелинейность просто насыщение (вырезка) усилитель, как амплитуда синусоиды приближается к рельсам питания. Генератор разработан, чтобы иметь петлю усиления с малым сигналом больше, чем один. Более высокий коэффициент усиления позволяет осциллятор начать экспоненциально усилительных некоторые вездесущий шум.

Поскольку пики синусоиды подходить рельсы питания, насыщение усилителя устройства сглаживается (клипы) пика, уменьшая коэффициент усиления. Так, например, генератор может иметь коэффициент усиления петли 3 для малых сигналов, но, что усиление контура instaneously падает до нуля, когда выход достигает одной из шин питания. Чистый эффект амплитуда генератора стабилизируется, когда средний выигрыш за цикл составляет один. Если коэффициент усиление среднего цикла больше единицы, то выходная амплитуда возрастает до нелинейности уменьшает средний прирост к одному; если коэффициент усиление среднего цикла меньше единицы, то амплитуда выходной уменьшается до тех пор, пока средний прирост один. Нелинейности, что уменьшает коэффициент усиления может также быть более тонким, чем при запуске в шину источника электропитания.

Результат этого усиления усреднения некоторые гармонические искажения в выходном сигнале. Если коэффициент усиления слабого сигнала чуть больше , чем один, то только небольшое количество компрессии усиления необходимо, так что не будет много гармонических искажений. Если коэффициент усиления слабого сигнала намного больше , чем один, то значительное искажение будет присутствовать. Однако генератор должен иметь коэффициент усиления значительно выше один , чтобы начать надежно.

Таким образом , в генераторах , которые должны производить очень низким уровнем искажений синусоидальной волны , система , которая держит усиление примерно постоянной в течение используется весь цикл. Обычная конструкция использует лампу накаливания или терморезистор в цепи обратной связи. Эти генераторы эксплуатировать сопротивление в виде вольфрамовой нити лампы увеличивается пропорционально его температуре (а термистор работает аналогичным образом). Лампа оба измеряет амплитуду выходного сигнала и регулирует усиление генератора в то же время. Уровень сигнала осциллятора нагревает нить. Если уровень слишком высок, то температура нити постепенно увеличивается, сопротивление возрастает, а коэффициент усиления контура падает (таким образом уменьшая уровень выходного сигнала осциллятора). Если уровень слишком низкий, то лампа остынет и увеличивает коэффициент усиления. 1939 hp200a осциллятор использует эту технику. Современные вариации могут использовать детекторы явного уровня и с регулируемым усилением усилителей.

{\ Displaystyle х = С2 / С1 = R1 / R2} Wien мост осциллятор с автоматической регулировкой усиления. Rb представляет собой небольшую лампу накаливания. Как правило, R1 = R2 = R и C1 = С2 = С. В нормальном режиме работы, Rb самостоятельно нагревается до точки, где его сопротивление Rf / 2.

Вена моста генератора

Одна из наиболее распространенных схем усиления стабилизированных является мост генератора Вена . В этой схеме используются две схемы RC, один с компонентами RC последовательно и один с компонентами RC параллельно. Вена мост часто используется в звуковых генераторах сигналов , поскольку он может быть легко настроен с помощью двухсекционного переменного конденсатора или переменного потенциометра два раздела (который более легко получить , чем переменный конденсатор , пригодный для генерации на низких частотах). Архетипическое hp200a звуковой генератор представляет собой генератор Wien Bridge.

Рекомендации

внешняя ссылка

Квадратурный rc-генератор — SU 1658369

(5)5 Н 03 В 5/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова(54) КВАДРАТУРНЫЙ ВС-ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве низкочастотного генератора электрических колебаний, Цель изобретения - повышение стабильности частоты выходных колебаний и расширение диапазона рабочих частот в сторону верхних частот, Квадратурный ВС- генератор содержит операционные усили.,Й 2, 1658369 А 1 тели (У) 1-4, цепи 5, 6 отрицательной и положительной обратной связи, конденсаторы 7 и 8, резисторы 9-14. При этом У 1, конденсатор 7 и резистор 9 образуют интегратор (И) 15; У 2, конденсатор 8 и резистор 1 О образуют И 16; У 3, резисторы 11 и 12 образуют сумматор 17, в цепь отрицательной обратной связи которого включен повторитель 18 напряжения, выполненный на У 4 и резисторах 13, 14. На частоте генерации фазовый сдвиг в петле, образованной И 15, 16, а также сумматором 17, достигает 3600, чем обеспечивается условие баланса фаз. Включение в петлю обратной связи У 3 повторителя 18, а также введение дополнительной обратной связи с инвертирующего входа У 1 на неинвертирующий вход У 3 позволяет обеспечить компенсацию паразитного фазового сдвига, обусловленного конечнОй частотой У 1-3, что повышает стабильность частоты выходных колебаний и расширяет диапазон рабочих частот в сторону верхних частот, 1 ил,5 10 15 20 25 тр ри до ру Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве низкочастотного генератора электрических колебаний.Цель изобретения - повышение стабильности частоты выходных колебаний и расширение диапазона рабочих частот в сторону верхних частот.На чертеже приведена структурная электрическая схема квадратурного ВС-генератора.Квадратурный йС-генератор содержит первый - четвертый операционные усилители 1-4, цепь 5 отрицательной обратной связи, цепь 6 положительной обратной связи, первый 7 и второй 8 конденсаторы, первый- шестой резисторы 9-14. Первый операционный усилитель 1, первый резистор 9 и первый конденсатор 7 образуют первый интегратор 15. Второй операционный усилитель 2, второй резистор 10 и второй конденсатор 8 образуют второй интегратор 16, Третий операционный усилитель 3, третий 11 и четвертый 12 резисторы образуют сумматор 17, в цепь отрицательной обратной связи которого включен повторитель 18 напряжения, выполненный на четвертом операционном усилителе 4, пятом 13 и шестом 14 резисторах.Квадратурный ВС-генератор работает следующим образом.Квадратурный ВС-генератор представляет собой многопетлевую структуру с четырьмя параллельными контурами общих обратных связей, в том числе и через цепь 5 и цепь 6, и одним контуром местной обратной связи - через повторитель 18 напряжения.На частоте генерации фазовый сдвиг в петле, образованной первым 15 и вторым 16 интеграторами, а также сумматором 17, достигает значения 360 О, чем обеспечивается выполнение условия баланса фаэ, Если на этой частоте выполняется также условие баланса амплитуд, что соответствует повышению суммарного эффекта положительных обратных связей над суммарным эффектом отрицательных обратных связей, то в квадратурном генераторе возникают незатухающие гармонические колебания, При этом вторая, третья и более высокие гармоники частоты генерации будут подавляться, так как для них условия генерации выполняться не будут,Включение в петлю обратной связиетьего операционного усилителя 3 повтотеля 18 напряжения, а также введение полнительной обратной связи с инвертиющего входа первого операционного усилителя 1 на неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 3 позволяет обеспечить компенсацию фазового сдвига, обусловленную конечной верхней граничной частотой первого 1, второго 2 и третьего 3 операционных усилителей.При этом частота генерации определяется из соотношения где Ст, Св- емкости соответственно первого 7 и второго 8 конденсаторов;ВО-В 12 - сопротивления первого-четвертого резисторов 9-12,В случае выполнения равенства Вя Ст = = В 1 оСв и использования операционных усилителей с одинаковыми частотными свойствами условие линейной компенсации нестабильности частоты выполняется при В 11" В 12 в широком диапазоне частот.В квадратурном ВС-генераторе полная компенсация нестабильности частоты, может быть обеспечена для любого значения частоты генерация путем соответствующего выбора коэффициента деления реэистивного делителя напряжения, который следует включить между инвертирующим входом первого операционного усилителя 1 и нвинвертирующим входом третьего операционного усилителя 3,Формула изобретения Квадратурный ВС-генератор, содержащий первый, второй, третий и четвертый операционные усилители, первый конденсатор, который включен между выходом и. инвертирующим входом первого операционного усилителя, второй конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя, первый резистор, который включен между выходом третьего операционного усилителя и инвертирующим входом первого операционного усилителя, второй резистор, который включен между выходом первого операционнЬго усилителя и инвертирующим входом второго операционного усилителя, третий резистор, который включен между выходом второго операционного усилителя и инвертирующим входом третьего операционного усилителя, четвертый резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, пятый резистор, который включен между выходом и инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, шестой резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, цепь положительной1658369 Составитель В. РудайТехред М.Моргентал Корректор Н, Король Редактор В. Данко Заказ 1721 Тираж 463 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 обратной связи, которая включена между выходом первого операционного усилителя и инвертирующим входом третьего операционного усилителя, цепь отрицательной обратной связи, вход которой подключен к выходу первого операционного усилителя, при этом неинвертриующие входы первого и второго опер

выбор подходящего генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений

10 Июля 2019

Введение

Правильный выбор генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений (ЭМИ) при проведении испытаний средств и комплексов радиоэлектронной борьбы (РЭБ) – непростая задача. Отчасти сложность выбора заключается в необходимости выполнения индивидуальных требований инженера-испытателя и учета особенностей решаемой задачи. Поэтому ни один генератор сигналов не будет идеальным решением на любой случай. Еще одним ключевым моментом, осложняющим выбор, является недостаток информации о подходящем оборудовании. Большинство инженеров попросту не имеют достаточного опыта, чтобы понимать, какие типы источников сигналов и когда нужно использовать. Эта проблема имеет место не только при решении прикладных задач в процессе создания средств и комплексов РЭБ, но не менее актуальна и применительно ко всем задачам, связанным с радиолокационными системами (например, системами посадки, метеорологическими РЛС и т.д.). Фактически любой инженер, сталкивающийся с необходимостью исследования характеристик систем радиолокации и РЭБ, в той или иной степени нуждается в генераторе сигналов для имитации различных типов источников ЭМИ. С помощью генераторов сигналов выполняются: имитация условий ведения РЭБ, запуск различных сценариев испытаний путем формирования последовательностей импульсных сигналов и общей сигнально-помеховой обстановки для определения реакции приемных систем, а также другие виды проверок.

Несмотря на все трудности на пути к правильному выбору источника сигналов результат стоит затраченных усилий, поскольку, сделав неверный выбор, вы столкнетесь с рядом негативных последствий. Инженер может ошибочно задать неверные характеристики или выбрать оборудование, вообще не обладающее нужными для выполнения работы функциями. Аналогичным образом инженер может непреднамеренно задать избыточные требования к оборудованию. Подобная ошибка повлечет чрезмерные траты, и в результате дорогостоящее полнофункциональное оборудование будет использоваться там, где для решения задачи хватило бы старого и менее дорогого. К счастью для любого инженера- испытателя систем радиолокации и РЭБ, сталкивающегося с этой дилеммой, теперь появились общие критерии, помогающие сделать выбор. Эти критерии не только помогут сузить круг вариантов выбора, но и гарантируют эффективное использование имеющихся активов. В зависимости от измерительных задач, решаемых при испытаниях комплексов РЭБ, одновременно могут использоваться различные типы генераторов сигналов.

Типы генераторов сигналов

В настоящее время поставщики предлагают четыре различных типа генераторов сигналов для имитации источников ЭМИ. Это генераторы сигналов с быстрой перестройкой, векторные генераторы сигналов, генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) и аналоговые генераторы сигналов.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой частоты строятся на основе прямого цифрового синтеза и представляют собой широкодиапазонные источники сигналов с возможностью перестройки частот несущих за доли микросекунд во всем рабочем диапазоне. Векторные генераторы сигналов представляют собой сочетание генератора сигналов произвольной формы и источника с I/Q-модулятором для переноса спектра сигнала на более высокие частоты. Этот тип гнераторов – нечто среднее между сверхширокополосными ГСПФ и генераторами с быстрой перестройкой. Генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) способны формировать сигналы с различным разрешением (степенью детализации формы сигнала) и частотой дискретизации. Наконец, аналоговые источники сигналов – это генераторы, не обладающие функциями I/Q-модуляции, но способные формировать непрерывные сигналы с различными типами аналоговой модуляции.

Основные показатели качества

При оценке возможности применения этих четырех типов источников для решения поставленных задач следует учитывать ряд различных показателей качества и возможностей. В перечень основных характеристик всех источников сигналов входят восемь показателей:

  • Фазовый шум. Уровень фазовых шумов является одним из наиболее важных показателей качества генераторов и является мерой спектральной чистоты сигналов, формируемых любым источником. Он вполне может быть ограничивающим фактором при решении критически важных задач в аэрокосмической и оборонной промышленности, таких как радиолокация и РЭБ. Из-за фазового шума относительно малые сигналы вблизи несущей могут маскироваться шумовыми боковыми полосами основного сигнала в условиях сигнально-помеховой обстановки с несколькими источниками ЭМИ, а работа систем на основе эффекта Доплера (рисунок 1) может затрудняться ложными эхо-сигналами.


    Рисунок 1. Наглядная иллюстрация того, как высокий уровень фазового шума может исказить форму спектра сигнала относительно большой амплитуды, вследствие чего расположенный близко по частоте сигнал меньшего уровня будет маскирован.

  • Динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих (SFDR). SFDR – это отношение уровня мощности поданного на тестируемое устройство сигнала или сигнала несущей частоты на выходе генератора к мощности наибольшей паразитной составляющей в спектре этого сигнала (наибольшей гармоники). Высокий показатель SFDR имеет важное значение при имитации условий ведения РЭБ для создания реалистичной сигнально-помеховой обстановки, когда диапазон амплитуд сигналов-целей может быть очень широким, а ложные цели приводят к получению недостоверных результатов испытаний (рисунок 2). Этот показатель особенно важен при имитации условий ведения РЭБ, когда чувствительность приемников испытываемых комплексов крайне высока.


    Рисунок 2. Паразитные составляющие спектра могут быть распознаны как ложные цели или радиолокационные эхо-сигналы, вследствие чего возможно получение недостоверных результатов испытаний.

  • Мощность. Мощность – это основной энергетический показатель сигнала. Большой диапазон установки уровней мощности сигналов важен для реалистичного моделирования множества целей на различном удалении и с разными углами прихода отраженных сигналов. При использовании ГСПФ и векторных генераторов сигналов показатели мощности выходного сигнала непосредственно связаны с разрешением и качеством цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) в генераторе, где каждый дополнительный бит эффективного числа разрядов (ENOB) АЦП может добавить примерно 6 дБ к динамическому диапазону генератора.
  • Скорость переключения между импульсами. Скорость переключения между импульсами характеризует возможность источника быстро переходить от формирования одного импульсного сигнала с заданной частотой, фазой и уровнем мощности, к формированию другого сигнала. Этот показатель важен при испытаниях систем РЭБ по многим причинам, в числе которых — реалистичность имитации источников ЭМИ с высокой скоростью переключения по указанным выше параметрам, ускорение процесса испытаний и увеличение плотности импульсных сигналов. Плотность характеризует количество импульсных сигналов, присутствующих в общей сигнально-помеховой обстановке в единицу времени, поэтому «быстрые» генераторы с высокой скоростью переключения между импульсами могут создавать сценарии испытаний с более высокой плотностью и меньшим наложением (рисунок 3).


    Рисунок 3. Плотность импульсов характеризует количество импульсных сигналов, присутствующих в общей сигнально-помеховой обстановке в единицу времени. Источник сигналов с большей скоростью переключения способен обеспечить большую плотность импульсных сигналов и имитировать большее количество источников ЭМИ.

  • Диапазон быстрой перестройки. Диапазон быстрой перестройки – это диапазон частот, в котором источник сигналов может с высокой скоростью переключаться от имитации одного источника ЭМИ к другому. Этот параметр важно знать потому, что он определяет два важных показателя: диапазон значений плотности импульсных сигналов и возможности по когерентности между различными импульсами при их переключении. Диапазон быстрой перестройки варьируется в зависимости от архитектуры генератора сигналов. Он более подробно рассматривается в последующих разделах. Когерентность между импульсами при переключении важна для адекватной имитации изменений фазы источников ЭМИ в ходе выполнения сценария, поскольку системы РЭБ отслеживают эти изменения. Например, если генератор имитирует два источника ЭМИ на двух различных частотах, фаза сигналов этих источников на обеих частотах должна «запоминаться» при переключении между частотами и продолжать изменяться при возврате генератора на прежнюю частоту так, как будто переключения не было вовсе (рисунок 4).


    Рисунок 4. Для корректной имитации двух источников ЭМИ на двух различных частотах их фазовые соотношения должны поддерживаться с высокой точностью.

  • Полоса частот модулирующего сигнала. Данный параметр характеризует диапазон частот модулирующих сигналов, которые способен формировать источник. Он влияет на время нарастания фронта импульсных сигналов, а также на параметры модуляции, такие как девиация ЛЧМ-сигнала (рисунок 5). Векторные генераторы сигналов и ГСПФ способны одновременно формировать сигналы нескольких источников ЭМИ в пределах полосы частот модулирующих сигналов. Их диапазоны быстрой перестройки, как правило, также ограничены шириной диапазона частот модулирующих сигналов в зависимости от набора частот формируемых сигналов. Полоса частот модулирующих сигналов источника зависит от частоты дискретизации его внутреннего ЦАП, а также от его аналоговых характеристик (например, от разноса частотных диапазонов).


    Рисунок 5. Чтобы правильно сформировать показанный ЛЧМ-сигнал, полоса частот модулирующих сигналов источника должна быть больше либо равна девиации частоты.

  • Объем памяти и функции потокового воспроизведения. Продолжительность сценариев имитации условий ведения РЭБ может варьироваться от нескольких микросекунд до нескольких дней. В связи с этим генератор сигналов должен формировать сигналы указанной длительности. Методики воспроизведения сигналов различной длительности отличаются по архитектуре аппаратной части и стоимости реализации. При коротких интервалах времени воспроизведения для загрузки данных о квадратурных составляющих формируемых сигналов обычно достаточно внутренней памяти прибора или сжатых форматов данных, обработка которых будет производиться по наступлению конкретного события.

    Прямая загрузка данных пригодна только при небольшой продолжительности сценариев. По мере увеличения частоты дискретизации и продолжительности сценариев, а также количества задействованной аппаратуры, потребуется использование дополнительных средств и схем хранения и обработки данных. Одним из способов расширения времени воспроизведения при ограниченном объеме памяти является формирование последовательностей и цифровое преобразование с повышением частоты, которые позволяют индексировать различные сегменты памяти и помещать их в цикл в соответствии с присвоенными индексами, либо изменять частоты несущих при наступлении определенных событий (таких, как получение программной команды или запуск с малой задержкой). В зависимости от условий сценариев, создание последовательностей воспроизведения сегментов памяти может значительно увеличить их продолжительность.

    Еще один метод экономии памяти заключается в сжатии данных. Если прибор способен воспринимать абстрактные, общие для всех сигналов, параметры, такие как длительность импульса и тип модуляции, тогда для описания сигнала может потребоваться меньшее число бит данных. Средства, используемые для имитации сценариев ведения РЭБ, используют общий метод описания источников ЭМИ – дескрипторы импульсов (PDW). Различные системы и организации используют разные форматы дескрипторов импульсов, но при этом они имеют много общего. Формат дескрипторов импульсов позволяет адекватно описывать источники ЭМИ при имитации условий ведения РЭБ. Во многих случаях использование дескрипторов импульсов вместо прямого описания сигналов в виде квадратурных составляющих может сократить объем используемой памяти на несколько порядков, а также упростить программирование требуемой формы сигнала (рисунок 6).


    Рисунок 6. Методы сжатия данных (например, использование дескрипторов импульсов) способны значительно снизить требования к объему памяти и упростить формирование сигналов по сравнению с описанием сигналов в виде квадратурных составляющих (слева), формы сигналов могут описываться в табличной форме и быстро загружаться программным путем.

    Для максимальной гибкости по временным характеристикам источник сигналов должен иметь возможность потокового воспроизведения сигналов с внешнего управляющего устройства, на котором запускается имитация, или устройства хранения данных, например, RAID-массива. В зависимости от схемы хранения данных пропускная способность может быть либо ограничивающим фактором, либо определяющим критерием стоимости источника сигналов с функцией потокового воспроизведения. Однако использование методов сжатия данных в памяти (таких, как дескрипторы импульсов) способно стать эффективным решением указанной проблемы, поскольку для формирования аналогичного сигнала потребуется меньше данных.

  • Возможности синхронизации. Во многих случаях генераторы сигналов, используемые для имитации условий ведения РЭБ, должны быть когерентны по фазе, поскольку для формирования сигналов одного источника ЭМИ могут использоваться несколько генераторов, а для реализации некоторых методик испытаний приемников потребуется создать несколько составных фронтов волны с интервалом менее наносекунды. Возможность объединения нескольких генераторов сигналов в единую когерентную систему (с синхронизацией по фазе и времени) для формирования сигналов, помимо всего прочего, также следует рассматривать при выборе оборудования, поскольку именно она определяет способность системы к расширению. Для реализации такой системы важны не только возможности использования разными источниками общих сигналов синхронизации и гетеродина, но и наличие настраиваемых функций запуска, а также высокая точность и повторяемость параметров выходного сигнала.

Критерии выбора типа генераторов сигналов

В целях облегчения выбора наиболее предпочтительного для решения поставленных задач генератора сигналов ниже приведены общие данные для сравнения функциональных возможностей и технических характеристик четырех основных типов источников сигналов, применяемых для имитации источников ЭМИ.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой


Рисунок 7. Типовая структурная схема генератора с быстрой перестройкой.

Варианты применения: генераторы сигналов данного типа используются для имитации одного или нескольких источников ЭМИ в очень широком диапазоне частот и в качестве быстро перестраиваемых гетеродинов в различных подсистемах (рисунок 7). Благодаря архитектуре, в основе которой лежит принцип прямого цифрового синтеза, их можно жестко синхронизировать при работе в составе многоканальных измерительных систем.

Преимущества: генераторы сигналов с быстрой перестройкой обеспечивают высокую производительность при имитации множества различных типов сценариев ведения РЭБ. Благодаря архитектуре, основанной на принципе прямого цифрового синтеза, они способны обеспечивать фазовую когерентность и/или непрерывность во всем диапазоне, а синхронизация нескольких генераторов может быть выполнена с легкостью и высоким разрешением. Кроме того, генераторы сигналов с быстрой перестройкой могут использовать различные форматы дескрипторов импульсов для описания выходных сигналов, позволяя выполнять потоковое воспроизведение сигналов при времени обновления менее микросекунды. Как результат, они способны имитировать множество источников ЭМИ во всем диапазоне рабочих частот, при этом работать совместно с несколькими генераторами и воспроизводить потенциально бесконечно длинные последовательности данных.

Недостатки: одним из недостатков генераторов сигналов с быстрой перестройкой является последовательное воспроизведение дескрипторов импульсов по принципу «первый на входе – первый на выходе» (FIFO), следствием чего является невозможность одновременного воспроизведения двух и более дескрипторов импульсов. Этот недостаток не играет большой роли, если коэффициент заполнения имитируемых источников ЭМИ не очень велик. Для одновременного воспроизведения нескольких дескрипторов импульсов инженер-испытатель может использовать соответствующее количество дополнительных генераторов сигналов с быстрой перестройкой, синхронизированных между собой (рисунок 8). Однако при создании законченного эмулятора такое решение может быть менее рентабельным.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 10 МГц до 40 ГГц
  • Полоса частот модулирующего сигнала: 3 ГГц
  • Когерентность/непрерывность во всем диапазоне частот (от 10 МГц до 40 ГГц)
  • Количество каналов: от 1 до 6 когерентных
  • Скорость обновления дескрипторов импульсов: от 180 нс до 500 мкс
  • Схема данных: на основе дескрипторов импульсов (с высокой степенью сжатия)
  • Пропускная способность при обработке дескрипторов импульсов, по техническому описанию:
  • Минимальная длительность = 4 нс
  • Скорость обновления = 180 нс
  • Макс. скорость = 1/(минимальная длительность + скорость обновления) = 1/(184 нс) = 5,4348 миллионов дескрипторов импульсов в секунду
  • Разрешение по времени: 10 пс
  • Возможность потокового воспроизведения


Рисунок 8. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов с быстрой перестройкой. Для предотвращения пропуска импульсов дескрипторы импульсов распределены между двумя синхронизированными генераторами.

Примером генератора сигналов с быстрой перестройкой может послужить генератор N5193A/N5191A серии UXG компании Keysight (рисунок 9).


Рисунок 9. Высокопроизводительные генераторы сигналов с быстрой перестройкой N5193A/N5191A серии UXG разработаны специально для имитации сценариев ведения РЭБ с высокой скоростью воспроизведения потоковых данных и переключения между дескрипторами. Имеется возможность синхронизации по внешнему источнику при работе в составе системы.

Векторные генераторы сигналов


Рисунок 10. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов. В схеме векторного генератора сигналов присутствуют синтезатор частот с I/Q-модулятором, который дает ему возможность формировать сигналы с векторной модуляцией (также известной как «цифровая» или «комплексная»), благодаря чему он и получил свое название.

Варианты применения: векторные генераторы сигналов используются для имитации сигналов отдельных источников ЭМИ с различными полосами частот модулирующего сигнала или нескольких источников ЭМИ с близкими частотами. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов приведена на рисунке 10. В силу своей архитектуры векторные генераторы сигналов обычно используются для формирования сигналов в определенной полосе частот. Они могут осуществлять перестройку по частоте в пределах диапазона и изменять полосу сигнала, а более продвинутые решения позволяют подавать на вход I/Q-модулятора сигналы с ГСПФ для формирования широкополосных сигналов (до нескольких ГГц).

Достоинства: благодаря высокому разрешению ЦАП векторные генераторы сигналов обладают более широким динамическим диапазоном, чем сверхширокополосные ГСПФ. Они также способны одновременно формировать несколько сигналов, но в связи с этим динамический диапазон каждого из таких сигналов будет уменьшаться. Генераторы данного типа могут использоваться для имитации сигналов систем связи при испытаниях, что добавляет им универсальности. Поскольку сигналы формируются на основе данных о квадратурных составляющих, эти генераторы способны обеспечить большую гибкость при имитации таких факторов, как интерференция в радиоэфире. Также векторные генераторы сигналов способны воспроизводить длинные последовательности данных.

Недостатки: данный тип генераторов переносит сформированный модулирующий сигнал на более высокую фиксированную частоту несущей и обеспечивает когерентность только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Как следствие, они могут имитировать несколько источников ЭМИ только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Например, если частота несущей 20 ГГц, а полоса частот модулирующего сигнала 2 ГГц, то широкополосный векторный генератор сигналов сможет эффективно функционировать только на частотах от 19 до 21 ГГц (рисунок 11). Кроме того, если источник сигналов использует несжатые данные о квадратурных составляющих сигналов, то это ограничивает его возможности по воспроизведению из памяти или потоковому воспроизведению, а также добавляет сложности при описании сигналов. В дополнение следует отметить, что при смене несущей частоты векторные генераторы сигналов утрачивают повторяемость по фазе.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 100 кГц до 44 ГГц
  • Частота дискретизации: до 12 Гвыб/с,
  • Разрешение по времени: от 83,3 пс
  • Полоса частот модулирующего сигнала: до 2 ГГц
  • Когерентность/непрерывность в пределах полосы частот модулирующего сигнала
  • Глубина памяти: до 2 Гвыб с функциями создания последовательностей и потокового воспроизведения
  • Разрешение по амплитуде: до 16 бит
  • Количество каналов: от 1 до 6 когерентных
  • Схема данных: квадратурные составляющие


Рисунок 11. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием широкодиапазонных векторных генераторов сигналов. В силу ограничений по ширине полосы частот модулирующего сигнала сценарий должен быть разнесен по трем участкам более широкого диапазона рабочих частот векторного генератора сигналов. Полоса модуляции первого источника ЭМИ допускает использование внутреннего модулятора генератора, в то время как полоса частот и скорость переключения между импульсами двух других источников ЭМИ требуют подачи на внутренний I/Q-модулятор векторного генератора сигнала с внешнего ГСПФ для их формирования.

Некоторые примеры векторных генераторов сигналов приведены на рисунках 12-14.


Рисунок 12. Векторный генератор сигналов серии MXG N5182B компании Keysight способен формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Он также имеет возможность совместной работы с несколькими генераторами серии MXG для одновременного создания нескольких когерентных сигналов для решения многоканальных прикладных задач.


Рисунок 13. Генераторы M9381A в формате PXIe способны формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Их модульный формат позволяет синхронизировать несколько генераторов M9381A, помещенных в компактный корпус.


Рисунок 14. При выдаче выходного сигнала с ГСПФ M8190A на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов полученная система позволит формировать сигналы в диапазоне от 0 до 44 ГГц и полосой частот модулирующего сигнала до 2 ГГц. Кроме того, станут доступны функции многоканальной синхронизации и работы с памятью (организация последовательностей, потоковое воспроизведение и цифровое преобразование с повышением частоты).

Сверхширокополосные ГСПФ


Рисунок 15. Современные генераторы сигналов произвольной формы – это гораздо больше, чем просто ЦАП. Они обладают такими новыми возможностями, как динамическое распределение последовательностей воспроизведения сегментов памяти, работа с общим внешним источником синхронизации и различные выходные тракты для оптимизации сигналов в зависимости от решаемой прикладной задачи. Выше показана структурная схема ГСПФ M8190A, имеющего высокое разрешение.

Варианты применения: ГСПФ подразделяются по частоте дискретизации и разрешению, при чем эти два параметра обычно обратно пропорциональны друг другу (рисунок 15). ГСПФ с высокой частотой дискретизации имеют низкое разрешение и наоборот. ГСПФ могут применяться для имитации сигналов РЛС с высокой плотностью и сигналов систем связи в пределах их полосы частот.

Достоинства: сверхширокополосные ГСПФ имеют очень широкую полосу частот формируемых сигналов, которая позволяет формировать одиночные или множественные сигналы источников ЭМИ на всем заданном частотном интервале. ГСПФ с высоким разрешением позволяют формировать сигналы в широком динамическом диапазоне в пределах узкой полосы частот. Среди ключевых особенностей — одновременное формирование нескольких импульсных сигналов и возможность изменения массива I/Q-данных для имитации влияния среды распространения сигналов. Если для проведения измерений требуется несколько когерентных каналов формирования сигналов их можно легко получить с использованием внешней синхронизации.

Недостатки: в отличии от прочих типов источников сигналов, сверхширокополосные ГСПФ имеют низкое разрешение и узкий динамический диапазон. Кроме того, в силу крайне высокой частоты дискретизации они воспроизводят очень короткие по времени массивы данных. ГСПФ с высоким разрешением имеют узкие полосы частот, но их сигналы могут быть перенесены на более высокие частоты с использованием дополнительного оборудования, как описано в разделе о векторных генераторах сигналов (рисунок 16).

Основные показатели:
  • Частота дискретизации: до 65 Гвыб/с
  • Разрешение по времени: от 15,39 пс
  • Аналоговая полоса частот: до 20 ГГц
  • Глубина памяти: до 16 Гвыб с функциями создания последовательностей и потокового воспроизведения
  • Разрешение: от 8 до 14 бит
  • Количество каналов: до 12
  • Максимальная выходная мощность: 10 дБм
  • Когерентность во всем диапазоне частот (до 20 ГГц)
  • Схема данных: квадратурные составляющие


Рисунок 16. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов произвольной формы. В силу ограничений по полосе формируемых сигналов сценарий должен быть разделен между двумя источниками. Сформированный вторым источником сигнал на модулирующей частоте был перенесен на более высокую частоту путем подачи его на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов. Стоит отметить, что из-за высокой частоты дискретизации и более низкого относительного динамического диапазона сверхширокополосного ГСПФ, используемого в качестве источника №1, время воспроизведения резко сокращается, а качество сигнала может быть не таким хорошим, как при использовании других источников.

Некоторые примеры сверхширокополосных ГСПФ показаны на рисунках 17 и 18.


Рисунок 17. Генератор M8195A представляет собой 8-разрядный ГСПФ с частотой дискретизации до 65 ГГц и аналоговой полосой частот до 20 ГГц.


Рисунок 18. Генератор M8190A компании Keysight имеет частоту дискретизации 12 Гвыб/с и является ГСПФ с высоким разрешением (до 14 бит). Он может обеспечить до 12 синхронных каналов формирования сигналов и регулировку временных параметров с шагом менее 1 нс, что является важной возможностью при имитации многоканальных сценариев. Справа показана синхронизация четырех каналов генератора с одинаковыми уровнями на экране четырехканального осциллографа.

Аналоговые источники сигналов


Рисунок 19. Типовая структурная схема аналогового генератора сигналов. Аналоговые генераторы сигналов не имеют I/Q-модуляторов, но чаще всего способны формировать сигналы с различными типами аналоговой модуляции, такими как АМ, ЧМ и ФМ, а также с импульсной модуляцией, благодаря чему они и получили свое название.

Варианты применения: аналоговые источники сигналов используются в качестве недорогих средств имитации и формирования импульсных сигналов с малым периодом повторения импульсов. Они обычно имеют функции аналоговой модуляции, благодаря чему могут использоваться для формирования модулированных сигналов, а также в качестве источников непрерывных помех при реализации различных сценариев.

Достоинства: основные преимущества при использовании аналоговых источников сигналов – это их низкая стоимость и простота. Несмотря на то, что они не способны формировать сигналы произвольной формы, они являются недорогим средством создания менее сложных сигналов при реализации различных сценариев (рисунок 20).

Недостатки: аналоговые генераторы не способны формировать векторные сигналы, в отличии от систем генерации производной формы, в связи с чем количество типов формируемых ими сигналов крайне ограничено.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 100 кГц до 67 ГГц
  • Диапазон установки мощности: до 30 дБм
  • Типы модуляции: ЧМ, ФМ, АМ и ИМ
  • Функции качания по частоте и уровню мощности


Рисунок 20. Повторно рассмотрим пример сценария, в котором за счет введения аналогового генератора сигналов, когда это возможно, удается уменьшить общую стоимость системы. В данном случае показано, как дополнительный источник ЭМИ может быть сымитирован с помощью менее дорогого аналогового генератора (фиолетовый).

Пример аналоговых источников сигналов показан на рисунке 21.


Рисунок 21. Аналоговый генератор сигналов E8257D имеет диапазон частот от 100 кГц до 67 ГГц, а также функцию аналоговой модуляции.

Важные вопросы

В дополнение к основным показателям источников сигналов для имитации условий ведения РЭБ, рассмотренным выше, имеется ряд вопросов, которые следует принять в рассмотрение при выборе наиболее подходящего источника для реализации конкретного сценария. В перечень таких вопросов, а также связанных с ними функциональных возможностей оборудования, входят:

Вопрос 1: Каковы частоты источников ЭМИ, задействованных в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки, диапазон рабочих частот, скорость переключения между импульсами и возможность синхронизации по внешнему источнику

Вопрос 2: Какие типы модуляции и полосы модулирующих сигналов у имитируемых источников ЭМИ?
Затрагиваемые показатели: полоса частот модулирующего сигнала, диапазон быстрой перестройки и скорость переключения между импульсами

Вопрос 3: Какие требования к радиочастотным характеристикам в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон перестройки уровней мощности, диапазон рабочих частот, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих спектра, уровень фазового шума и разрешение по амплитуде

Вопрос 4: Какова продолжительность выполняемого сценария?
Затрагиваемые показатели: глубина памяти, возможность организации последовательностей, функция потокового воспроизведения, сжатие I/Q-данных и частота дискретизации

Вопрос 5: Как много каналов задействовано в выполнении моего сценария?
Затрагиваемые показатели: возможности синхронизации, диапазон быстрой перестройки частоты и полоса частот модулирующего сигнала

Вопрос 6: Какова плотность импульсных сигналов в моем сценарии (импульсов в секунду)?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки частоты, диапазон рабочих частот, скорость переключения импульсов, возможности синхронизации, глубина памяти, возможность организации последовательностей, потоковое воспроизведение, сжатие I/Q- данных, частота дискретизации, уровень фазового шума, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих

В дополнение к этим вопросам при выборе подходящего источника для выполнения конкретного сценария помогут данные, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. В данной таблице представлены сводные данные генераторов сигналов различных типов, рассмотренных в качестве примеров выше.

  M8195A
Генератор сигналов
произвольной формы
M8190+E8267D
Векторный
генератор сигналов
N5193A/N5191A
Генератор сигналов
с быстрой перестройкой
E8257D
Аналоговый
генератор сигналов
Диапазон рабочих частот (ГГц) 0-20 0-44 0,01-40 0,0001-67
Диапазон частот
модулирующего сигнала (ГГц)
20,0 21
Глубина памяти (Гвыб) 16 2+, потоковое
воспроизведение
480 Гб для ~2 х 109 PDW +
полная полоса, потоковое
воспроизведение
Разрешение (бит) 8 12/143
Частота дискретизации (Гвыб/с) 65 12
Схема данных I/Q-данные I/Q-данные PDW
Число каналов 1-4 (2 I/Q пары)4 1-125 1-N5 N5
Максимальный уровень
мощности (дБм)
10 23 10 30,0
Когерентность между каналами да да да да
Диапазон быстрой перестройки 20 ГГц 4 ГГц 40 ГГц
Время перестройки источника 15,4 пс 24 мс 180 нс/30 мс&sup6; 11 мс

1. Центральные частоты свыше 3,5 ГГц
2. Зависит от частотного диапазона и соотвествующего фильтра
3. Зависит от частоты дискретизации
4. Четырехканальная плата, позволяющая формировать две пары сигналов с I/Q модуляцией
5. Количество каналов зависит от конфигурации стенда
6. Зависит от пересечения полос частот
7. Полоса частот, где сохраняется скорость обновления дескрипторов импульсов и когерентность
8. Аналоговый

Заключение

При проведении испытаний систем радиолокации и РЭБ правильный выбор источника сигналов для имитации источников ЭМИ крайне важен. Неправильно подобрав источник сигналов, вы можете столкнуться с тем, что его характеристики или функциональные возможности избыточны или недостаточны для выполнения поставленных задач. С другой стороны, правильный выбор обеспечит достоверные результаты измерений и позволит оптимально использовать ресурс оборудования. Используя критерии выбора, описанные в данных рекомендациях по применению, инженеры-испытатели смогут подобрать нужный источник сигналов для создания требуемой конфигурации источников ЭМИ.

Литература

Решения для измерений параметров широкополосных радиолокационных и спутниковых систем, рекомендации по применению, номер документа 5990-6353RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием аналоговых радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5967-5661RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5988-5677RURU

Формирование сигналов для имитации условий ведения РЭБ: технологии и методы, рекомендации по применению, номер документа 5992-0094RURU

Пример расчёта фильтра нижних частот — МегаЛекции

 

Фильтр нижних частот предназначен для выделения из входного напряжения ФЧВ среднего значения.

Частота минимальной гармоники в выходном сигнале ФЧВ будет равна , где – частота возбуждения датчика.

Например, , . Таким образом, ФНЧ должен ослабить напряжение с частотой в заданное число раз. Коэффициент подавления вычисляется исходя из точности схемы и условий быстродействия. Оставшиеся пульсации после фильтра должны быть меньше основной погрешности измерительного преобразователя. Например, если задана основная погрешность , то пульсации должны быть на уровне (5 10) раз меньше, т.е. . Таким образом, коэффициент подавления фильтром наименьшей частоты должен быть равен .

Для упрощения выбираем схему фильтра, состоящую из пассивных R-C звеньев. Выберем трехзвенный фильтр. Его схема дана на рисунке 5.7.

 

 

Рис. 5.7. Пассивный трехзвенный фильтр нижних частот

 

Приближенно для трехзвенного фильтра коэффициент подавления можно оценить по следующей формуле: , откуда , или .

Выбираем значение емкости , значение сопротивления резистора будет равно 3,43 кОм.

Выбираем значение конденсатора [2]

.

Выбираем значение резисторов [1]

/

Для минимизации влияния входных токов ОУ выбираем резистор равным сумме резисторов :

.

 

 

Пример расчёта преобразователя напряжение-ток

 

Схема преобразователя напряжение-ток представлена на рисунке 5.8 [10]. Выходной ток данной схемы равен: .

 

Рис. 5.8. Схема преобразователя напряжение-ток

 

Допустим, что по заданию, диапазон изменения выходного тока и входное напряжение . Пусть, когда коэффициент , , когда , . Соответственно,

,

.

Из последнего выражения видно, что , а находится из первого выражения: .

Осталось сформировать напряжение . Для этой цели проще всего использовать схему параметрического стабилизатора напряжения, представленную на рисунке 5.9.

В качестве стабилитрона выберем прецизионный стабилитрон Д818Е [3] с номинальным напряжением стабилизации 9 В. Делитель напряжения должен обеспечить выходное напряжение . Рассчитаем делитель напряжения.



; .

Откуда . Задаваясь , находим . Выбираем [1]

,

.

 

 

Рис. 5.9. Формирователь напряжения смещения

 

Сопротивление – балластное должно пропустить ток стабилитрона и ток делителя .

.

Ток стабилитрона задаем 10 мА, тогда

.

Выбираем [1]

.

В качестве DA выбираем микросхему К140УД17А [5].

 

 

Пример расчёта генератора квадратурных напряжений

 

Схема генератора квадратурных напряжений представлена на рисунке 5.10.

 

Рис. 5.10. Квадратурный генератор синусоидальных колебаний

 

Передаточная функция петлевого усиления для этого генератора будет иметь вид: , а комплексный коэффициент передачи

.

Баланс фаз будет сохранен только на частоте , при которой мнимая часть знаменателя равна нулю.

, где ; ; ; .

; .

Обозначая через коэффициент передачи звена на основе ОУ1, а через – коэффициент передачи звена на основе ОУ2 – интегратора, получим: ,

.

Обозначим отношение к через . .

.

Тогда можно записать:

или .

Пусть, например, и, выбирая стабилитрон на , можно найти : .

Положим, что коэффициент передачи . Выберем , ; . Тогда , , .

,

.

При этом , следовательно .

По заданию , тогда .

Зададим значение емкости , тогда .

.

Выбираем [1]

.

В качестве конденсатора выбираем слюдяной конденсатор КС0-1 [2]

,

.

Для расчета постоянной времени интегратора имеем , .

; , следовательно, .

.

Выбираем , тогда .

Выбираем [1, 2]:

,

.

В качестве стабилитрона выбираем стабилитрон КС133Г [3].

.

Используем два стабилитрона, поскольку необходимо двухполярное ограничение. Тогда резистор r рассчитываем из следующих соображений

.

Выбираем r [1]

.

Принципиальная схема генератора дана на рисунке 5.11.

Рис. 5.11. Принципиальная схема генератора квадратурных колебаний

 

 


Рекомендуемые страницы:


Воспользуйтесь поиском по сайту:

90000 Ensemble II VHF RX Builders 'Notes 90001 90002 Quadrature Clock Generator Introduction 90003 90004 General 90005 90006 This stage divides the local oscillator output by 4 and shifts the phase of the dividend signals such that they are now one-fourth the LO frequency and 90 degrees separated in phase (i.e., in quadrature). Both signals are identical in all regards except phase. They will be used to clock the switch used in the Quadrature Sampling Detector (QSD) stage.90007 (Go directly to build notes) 90002 Quadrature Clock Generator Schematic 90003 90006 (Resistor testpoints (hairpin, top, or left-hand lead), as physically installed on the board, are marked in the schematic with red dots) 90007 90006 (above schematic has clickable areas that can be used for navigation) 90007 (Go directly to build notes) 90002 Quadrature Clock Generator Bill of Materials 90003 90016 Stage Bill of Materials 90017 90006 (resistor images and color codes courtesy of WIlfried, DL5SWB's R-Color Code program) 90007 90002 Quadrature Clock Generator Summary Build Notes 90003 90002 Quadrature Clock Generator Detailed Build Notes 90003 90016 Bottom of the Board 90017 90004 Install SMT Components 90005 90028 90029 90030 Check 90031 90030 Designation 90031 90030 Component 90031 90030 Marking 90031 90030 Category 90031 90030 Orientation 90031 90030 Notes 90031 90044 90029 90046 ❏ 90047 90046 U05 90047 90046 74AC74 Dual D FF 90047 90046 74AC74 90053 90047 90046 SOIC-14 90047 90046 90047 90046 90047 90044 90029 90046 ❏ 90047 90046 C36 90047 90046 0.1 uF 90047 90046 (smt) black stripe 90070 90047 90046 SMT 1206 90047 90046 90047 90046 90047 90044 90079 90016 Top of the Board 90017 90004 Install Voltage Divider 90005 90028 90029 90030 Check 90031 90030 Designation 90031 90030 Component 90031 90030 Marking 90031 90030 Category 90031 90030 Orientation 90031 90030 Notes 90031 90044 90029 90046 ❏ 90047 90046 R09 90047 90046 10 k 1 / 6W 5% 90047 90046 brn-blk-ora-gld 90109 90047 90046 1 / 6W 90047 90046 90047 90046 90047 90044 90029 90046 ❏ 90047 90046 R10 90047 90046 10 k 1 / 6W 5% 90047 90046 brn-blk-ora-gld 90109 90047 90046 1 / 6W 90047 90046 90047 90046 90047 90044 90079 90002 Quadrature Clock Generator Completed Stage 90003 90016 Top of the Board 90017 90016 Bottom of the Board 90017 90002 Quadrature Clock Generator Testing 90003 90016 Test Voltage Divider 90017 90004 Test Setup 90005 90006 Apply USB and 12V power to the board 90007 90006 Connect the black lead of your ohmmeter to the "/ QSD EN" wire at the bottom edge of the topside of the board 90007 90006 Probe the +5 and 2.5 V test points shown in the graphic. R9 and R10 provide a voltage divider that divides the 5V rail's voltage in half. Passing this test is essential to passing the next test and ensuring that the Quadrature Clock Generator works OK. 90007 90004 Test Measurements 90005 90028 90029 90030 Testpoint 90031 90030 Units 90031 90030 Nominal Value 90031 90030 Author's 90031 90030 Yours 90031 90044 90029 90046 "+5" (red} at R9's hairpin lead 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 "2.5 "(blue) at R10's hairpin lead 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90079 90016 Test U5's Pin Voltages 90017 90004 Test Setup 90005 90006 It has been observed before that some digital meters are affected by the square wave signals on IC pins and do not always read correctly. The readings you get should approximate 2.5V. The best instrument may be a good oscilloscope. Just be prepared to see slightly different readings on pins 10-13 and 3-6, depending on your DMM (mine is not the best!) 90007 90006 Apply USB and 12V power to the board 90007 90006 Connect the black lead of your ohmmeter to the "/ QSD EN" wire at the bottom edge of the topside of the board 90007 90006 From the bottom side of the board, probe pins 1-14 of U5 and note your measurements in the table below.90007 90004 Test Measurements 90005 90028 90029 90030 Testpoint 90031 90030 Units 90031 90030 Nominal Value 90031 90030 Author's 90031 90030 Yours 90031 90044 90029 90046 Pin 1 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 2 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 3 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 4 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 5 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 6 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 7 90047 90046 V dc 90047 90046 0 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 8 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 9 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 10 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 11 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 12 90047 90046 V dc 90047 90046 2.5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 13 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90029 90046 Pin 14 90047 90046 V dc 90047 90046 5 90047 90046 90047 90046 _______ 90047 90044 90079 90016 QSD Clock Signals 90017 90004 Test Setup 90005 90006 If you have a dual trace scope available, probe the two "QSD CLK (n)" test points and you should get a waveform similar to the one shown here.90007 90006 Your mileage may vary, depending upon the desired center frequency you select and the quality of your scope (some scopes tend to have issues with these square waves - still, the scope should show two waveforms in quadrature at the desired center frequency). 90007 90006 Hint: Using the CFGR tool, select a frequency that your scope can handle. For example, the author's scope can handle a 3.5 MHz signal fairly well; that calls for a 16 MHz setting on the Local Oscillator which, divided by 4, yields the 3.5 MHz outputs of the Quadrature Clock Generator (QCG). The key here is to test that the QCG is functioning correctly 90007 90006 If you do not have a scope, you can use an HF RX tuned to an HF frequency, set the LO to output 4X that selected frequency, and connect a wire from the RX's antenna, and bring it close to another wire stuck in one of the "QSD CLK n" testpoints. You shoujld be able to hear the QCG's output and be pretty well-assured you have successfully completed this stage. 90007 90402 .90000 DSA815-TG Quadrature Clock Generator | Hackaday.io 90001 90002 I found some time to populate one of the the PCBs this evening. The only problem was forgetting to put the USB jack on there before putting it on the skillet. I realized just as the first flux fumes were rising off the board, so pulled it back off to place the jack. 90003 90004 90002 You can see the trifilar-wound input transformer on the left. I originally planned to load 10 turns of wire on the core, but only 8 would fit comfortably.I thought this might affect the low-end response, but it did not (see below). You can also see the solder-blob programming sites I used instead of zero-ohm jumpers (or DIP headers) to configure the circuit. These worked better than I expected. To short one, you just melt a blob of solder on it, and you can open it back up with solder wick. Very easy to do. You can see them in various states here: 90003 90007 90002 I would not use them for sensitive analog stuff, but for digital lines, they're fine.The one thing I would change is to add thermals when the outer terminal is at ground. I usually do not do thermal reliefs on SMT boards, but the ones surrounded by the ground plane were a little more difficult to solder. 90003 90002 I tested the PCB by connecting the outputs to a 300 MHz oscilloscope. 90011 90003 90013 Input Buffer 90014 90002 I first hooked the board up so that the output from the input buffer (a 74LVC1G14) was passed directly to one of the output drivers (a 74LVC1G04) so ​​I could test the frequency range.I drove the input from the tracking generator of the DSA815-TG set in zero-span mode. At 1 MHz, the input buffer toggled down to -7 dBm input level, but the waveform symmetry was best above -4 dBm. On the high end, the input buffer was good to 93 MHz when driven at 0 dBm, the maximum output of the tracking generator. I honestly expected this to go higher. When I get a chance, I'll have to dig into it a little bit more. 90003 90013 Quadrature Generation 90014 90002 In this configuration, the input buffer feeds a 4x PLL clock multiplier, then the quadrupled frequency drives a quadrature clock generator made from a 74LVC74 dual flip-flop.Because the I / Q generator divides the frequency by 4, this configuration yields in-phase and quadrature clocks at the same frequency as the input. This mode worked better than expected. Here's the quadrature outputs at 300 kHz, about as low as it will go reliably when driven with 0 dBm input: 90011 90003 90022 90002 At this frequency, you can start to see a little jitter on the edges. It will actually toggle at lower frequencies, but the jitter becomes progressively worse.90003 90002 The output is 2V p-p into a 50 ohm load (the scope has a 50-ohm termination mode). That's +13 dBm. 90011 90003 90002 On the high end, it seems to work reliably up to around 70 MHz, shown here: 90003 90030 90002 It's only a 300 MHz scope, so looking at the shape of 70 MHz square waves is not absolutely precise, but they do not look bad. A very odd thing happens above 70 MHz - you can turn the input up to around 90 MHz, but the output sticks at 70 MHz! What's happening is that the PLL's VCO is maxed out at 280 MHz (70x4).That's still very good, since the PT7C4511 is only guaranteed to 180 MHz at 3.3V (200 at 5V). So, you can not count on this performance if you build one, but you might get it. Still, I expected to see a maximum of around 50 MHz at the I / Q outputs, so I'm pretty satisfied. 90003 90002 What this means, though, is that the PLL and the 74LVC74 are both running at 280 MHz. If I wanted a very fast clock, I could just wire one of the output drivers to the PLL output. Unfortunately, I did not think of this when I designed the PCB.If I make another revision, it's definitely something to add. In the mean time, I still have 2 blank ... 90003 Read more » .90000 1 Abbreviations for Quadrature Function Generator 90001 90002 1 possible way to abbreviate Quadrature Function Generator: 90003 90004 90005 90006 90007 90008 90007 90002 Quadrature Function Generator 90003 90008 90013 90014 90015 90016 90017 90018 APA 90019 90020 90021 All Acronyms.2020. 90022 Quadrature Function Generator 90023. Retrieved July 14, 2020 року, from https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated 90024 90017 Chicago 90020 90021 All Acronyms. 2020. "Quadrature Function Generator". https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated (accessed July 14, 2020). 90024 90017 Harvard 90020 90021 All Acronyms. 2020. 90022 Quadrature Function Generator 90023, All Acronyms, viewed July 14, 2020 року, 90024 90017 90036 MLA 90019 90020 90021 All Acronyms.90022 "Quadrature Function Generator" 90023. 14 July 2020. Web. 14 July 2020. 90024 90017 90044 AMA 90019 90020 90021 All Acronyms. Quadrature Function Generator. https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated. Published July 14, 2020. Accessed July 14, 2020. 90024 90017 90050 CSE 90019 90020 90021 All Acronyms. Quadrature Function Generator [Internet]; Jul 14, 2020 [cited 2020 Jul 14].Available from: https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated. 90024 90017 90056 MHRA 90019 90020 90021 'Quadrature Function Generator', All Acronyms, 14 July 2020 року, [accessed 14 July 2020] 90024 90017 Bluebook 90020 90021 All Acronyms, 90022 Quadrature Function Generator 90023 (Jul. 14, 2020 року, 11:07 AM), available at https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated. 90024 90017 90050 CSE 90019 90020 90021 All Acronyms.Quadrature Function Generator [Internet]; July 14, 2020 [cited 2020 JUL 14]. Available from: https://www.allacronyms.com/quadrature_function_generator/abbreviated. 90024 90073 .90000 Building a quadrature generator with a PIC10F222 - Steve's Junk 90001 90002 I need to start my new project with my digital RTJ gage and in order to do so I need to use the quadrature decoder chip LS7166. I could use the actual encoder I'm going to use for the project but it is large and unwieldy so I decided to build a generator for it. 90003 90002 The concept is simple, have a knob that produces no waveform in the middle of it's stroke and as the pot deviates from the center, the speed of the signal increases also changing direction based on which side the knob id turned to.I could not use a PIC10F200 much to my chagrin because it does not have an ADC module built in, the PIC10F222 does however. It still works within my concept of low-end mcu's doing valuable jobs since they're still only 55 cents in quantity, from digikey of all places. 90003 90002 90003 90002 Overall, it's a pretty simple design. 90003 90010 90011 GP3 -> unconnected 90012 90011 GP2 -> Channel B out (Digital output) 90012 90011 GP1 -> Channel A out (Digital output) 90012 90011 GP0 -> 10k Potentiometer in (Analog in) 90012 90019 90002 Dead simple.I did program a bit of a dead spot in the middle so that one can stop the quadrature from advancing quite easily. I put 2 LEDs on it to indicate that it is in fact working. Anyways, here's the source (again it's in Oshonsoft BASIC) 90003 90002 10f222 quadrature src.zip 90003 90002 I did not bother drawing up a circuit diagram since it's such an easy circuit but here's an additional image if you're really curious. keep in mind that the board I'm using is Stripboard (aka Veroboard) so the traces run along one direction 90003 90002 90003 90002 Now for the fun challenge of making a simple serial interface MCU to the LS7166.90003 .

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о