Генератор синусоидального напряжения

 

Генератор синусоидального напряжения относится к электронной технике, может быть использован в качестве генератора незатухающих синусоидальных колебаний. Технический результат заключается в повышении стабильности фазы выходного напряжения генератора. Устройство содержит: входное устройство 1, полосовой фильтр (ПФ) 2, операционный усилитель 3, пороговый элемент 4, 1-й и 2-й триггеры 5 и 6, 1-й и 2-й аналоговые ключи 7 и 8, резистор 9, конденсатор 10, полевой транзистор 11, положительный 12 и отрицательный 13 источники питания. Повышение стабильности фазы выходного сигнала достигнуто за счет получения возможности сравнения фазы напряжения на входе и на выходе ПФ и получения разностного сигнала, перестраивающего ПФ при неизменной величине выходного сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в качестве генератора незатухающих синусоидальных колебаний.

Известен мостовой генератор [1], содержащий операционный усилитель, R-C цепочку, диодный выпрямитель, полевой транзистор.

Недостатком этого устройства является достаточно большое (порядка 2 с) время установления амплитуды выходного напряжения.

Известен также генератор синусоидального напряжения [2], содержащий последовательно соединенные входную цепь, полосовой фильтр, операционный усилитель, выпрямитель, фильтр нижних частот, пороговый элемент, диод, подключенный к средней точке последовательно соединенных резисторов, включенных между входным устройством и полосовым фильтром.

Недостатком этого устройства является недостаточно высокая стабильность фазы между выходным и входным напряжением генератора.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение стабильности фазы выходного напряжения генератора.

Поставленная задача достигается тем, что в генератор синусоидального напряжения, содержащий последовательно соединенные входную цепь, вход которой является входом устройства, полосовой фильтр, операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, и пороговый элемент, дополнительно введены первый и второй аналоговые ключи, первый и второй триггеры, резистор, конденсатор и полевой транзистор, стоком и истоком подключенный к частотоопределяющей цепи полосового фильтра, а затвором - через конденсатор к общей шине и через резистор к средней точке соединенных последовательно первого и второго аналоговых ключей, включенных между положительным и отрицательным источниками питания устройства, причем управляющие входы ключей подключены соответственно к выходам первого и второго триггеров, S-вход первого триггера соединен с R-входом второго триггера и подключен к выходу порогового элемента, а S-вход второго триггера соединен с R-входом первого триггера и подключен к входу полосового фильтра.

К существенным отличиям заявленного устройства по сравнению с известным относится введение в него двух аналоговых ключей, двух триггеров, резистора, конденсатора и полевого транзистора. Введение перечисленных элементов позволило повысить стабильность фазы выходного сигнала за счет получения возможности сравнения фазы напряжения на входе и на выходе полосового фильтра и получение разностного сигнала, перестраивающего полосовой фильтр, с целью совпадения фаз при неизменной величине выходного сигнала.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Предлагаемый генератор синусоидального напряжения содержит входное устройство 1, полосовой фильтр 2, операционный усилитель 3, пороговый элемент 4, первый и второй триггеры 5 и 6, первый и второй аналоговые ключи 7 и 8, резистор 9, конденсатор 10, полевой транзистор 11, положительный и отрицательный 12 и 13 источники питания, вход 14, выход 15.

Вход входного устройства 1 является входом 14 устройства, выход подключен ко входу полосового фильтра 2, его выход подключен ко входу операционного усилителя 3, выход которого является выходом 15 устройства и подключен ко входу порогового элемента 4, выход которого подключен к S-входу первого триггера 5 и R-входу второго триггера 6. Выходы триггеров 5 и 6 подключены соответственно к управляющим входам аналоговых ключей 7 и 8, подключенных к положительному 12 и отрицательному 13 источникам питания. Средняя точка соединения ключей 7 и 8 подключена через резистор 9 к затвору полевого транзистора 11, подключенного через конденсатор 10 к общей шине, а стоком и истоком к частотоопределяющей цепи полосового фильтра 2.

Устройство работает следующим образом.

На вход 14 устройства подается последовательность прямоугольных импульсов и через входную цепь 1 поступает на вход полосового фильтра 2, где выделяется первая гармоника, имеющая синусоидальную форму, которая поступает на вход операционного усилителя 3, выход которого является выходом 15 устройства, и на вход порогового устройства 4. На выходе порогового устройства 4 формируются прямоугольные импульсы, частота и фаза которых совпадают с выходным синусоидальным напряжением. Эти импульсы поступают на входы S и R первого и второго триггеров 5 и 6 соответственно, на R и S входы которых поступают импульсы с выхода входного устройства 1.

При небольшой разнице фаз между входным сигналом на входе полосового фильтра 2 и выходе порогового устройства 4 на выходах первого и второго триггеров 5 и 6 будут появляться короткие импульсы, которые открывают первый и второй аналоговые ключи 7 и 8, и в их средней точке будут формироваться поочередно следующие друг за другом узкие положительные и отрицательные импульсы. После прохождения этих импульсов через RC-цепочку, образованную резистором 9 и конденсатором 10, они будут интегрироваться и превращаться в постоянное напряжение, близкое к нулевому значению. Это напряжение подается на затвор полевого транзистора 11, и его эквивалентное сопротивление, входящее в частотоопределяющую цепь полосового фильтра 2, настраивает фильтр 2 на частоту входного сигнала.

Если по какой-либо причине изменится фаза выходного или входного сигнала, то изменится и длительность импульсов, сформированных аналоговыми ключами 7 и 8, причем если фаза выходного сигнала опережает фазу входного, то длительность положительных импульсов увеличится, а отрицательных уменьшится, если запаздывает, то наоборот.

После прохождения этих импульсов через RC-цепочку напряжение на затворе полевого транзистора 11 будет положительным, транзистор изменит эквивалентное сопротивление и равенство фаз восстанавливается. То же происходит, если напряжение на затворе полевого транзистора будет отрицательным.

Таким образом, происходит подстройка фазы синусоидального напряжения заявленного генератора.

Использование предложенного изобретения позволило создать генератор синусоидального напряжения с высокой стабильностью фазы выходного напряжения.

Источники информации

1. П. Хорвиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1983 г., стр. 275, рис. 4.2.6.в.

2. Свидетельство РФ на полезную модель №18466, 2001 г., кл. Н 03 В 5/00 (прототип).

Формула изобретения

Генератор синусоидального напряжения, содержащий последовательно соединенные входную цепь, вход которой является входом устройства, полосовой фильтр, операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, и пороговый элемент, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй аналоговые ключи, первый и второй триггеры, резистор, конденсатор и полевой транзистор, стоком и истоком подключенный к частотоопределяющей цепи полосового фильтра, а затвором через конденсатор - к общей шине и через резистор к средней точке соединенных последовательно первого и второго аналоговых ключей, включенных между положительным и отрицательным источниками питания устройства, причем управляющие входы ключей подключены соответственно к выходам первого и второго триггеров, S-вход первого триггера соединен с R-входом второго триггера и подключен к выходу порогового элемента, а S-вход второго триггера соединен с R-входом первого триггера и подключен к входу полосового фильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1