Цифрові генератори імпульсів

Через керований аналоговий комутатор вказані частотні канали вмикаються до вихідного пристрою, в якому здійснюється регулювання амплітуди вихідної напруги за допомогою ЦАП. Перебудову амплітуди і частоти вихідної напруги здійснюється або дистанційно, або органами керування, розміщеними на передній панелі.

Основні показники ефективність варіантів методу кусково-східчастої апроксимації: по-перше, ступінь наближення кривої сформованого сигналу до синусоїдиі, по-друге, складність апаратурної реалізації.

Перший показник задається спектральним складом сформованого сигналу або коефіцієнтом гармонік (с пектральних складових розкладу сигналу в ряд Фур’є

,

де p - число ділянок апроксимації (сходинок) за період сигналу;

а - числовий коефіцієнт: для рівномірної за часом кусково-східчастої апроксимації а_ч; для рівномірної за рівнем ; для оптимальної ; при цьому . При великих значеннях p оптимальна апроксимація зменшує коефіцієнт гармонік у порівнянні з рівномірною апроксимацією за рівнем на 5 %, а з рівномірною апроксимацією за часом - на 15 %. При невеликих p ця відмінність досягає 30...50 %. Збільшення р обумовлює зменшення амплітуд і збільшення номерів (,) вищих гармонік в кусково-східчастому сигналі.

На рис. 7.32 зображена узагальнена схема цифрового генератора з кусково-східчастою апроксимацією.

Рис.7.32. Узагальнена структурна схема цифрового генератора

Генератор імпульсів є мірою часових інтервалів . З їх допомогою

блок завдання моментів апроксимації формує в моменти дискретизації кусково-східчастого сигналу послідовність кодів, яка відповідає потрібному виду апроксимації. Вони потрапляють на вхід реверсивного лічильника. Поточний код, записаний в реверсивному лічильнику, подається на кодові входи ЦАП. На його виході виникає кусково-східчаста напруга. Оскільки синусоїдна функція симетрична, то її можна формувати або за чверть періоду або за півперіод з відповідним перемиканням режиму роботи реверсивного лічильника (підсумовування і віднімання) і режиму роботи ЦАП (полярність формованого сигналу). Для заглушення вищих гармонічних складових у вихідному сигналі генератора між ЦАП і вихідним підсилювачем може вмикатися ФНЧ. За допомогою подільника напруги або атенюатора здійснюється або вручну, або автоматично за певною програмою регулювання амплітуди вихідного сигналу в вихідному підсилювачу.

Найпростіше перебудова частоти f вихідного сигналу цифрових генераторів здійснюється при рівномірній апроксимації за часом. При цьому функції блока завдання моментів дискретизації t_i виконує подільник частоти, коефіцієнт ділення якого установлюється згідно зі співвідношенням плавно або дискретно, із заданим кроком, регулювання частоти генератора імпульсів. Недолік цього варіанту - невисока стабільність частоти вихідного сигналу, яка ідентична нестабільності генератора імпульсів. В прецизійних цифрових генераторах використовується варіант 2: високостабільні коливання одержують шляхом ділення частоти кварцового генератора (з дуже малою нестабільністю частоти) подільником частоти зі змінним коефіцієнтом ділення. Для лінеаризації шкали такого генератора потрібен мікропроцесор.

Існує 2 різновиду кусково-східчастий метод формування сигналів для розширення частотного діапазону сучасних цифрових генераторів, наприклад типу Г4-153. На рис. 7.33 зображена спрощена структурна схема таких генераторів.

Рис. 7.33. Структурна схема цифрового генератора синусоїдної напруги

Кожному різновиду відповідає свій частотний канал і діапазон частот.

У першому, високочастотному каналі синусоїдна напруга u(t) знімається безпосередньо з генератора, керованого напругою, частота якого перестроюється в діапазоні 1,0...11 МГц.

У другому частотному каналі, який перекриває діапазон 0,1...1,0 МГц, синусоїдну напругу одержують виділенням основної гармоніки послідовності прямокутних імпульсів типу меандр, що формуються за допомогою подільника частоти 1 з коефіцієнтом ділення k_д = 10, та блока фільтрів ФНЧ1. Останній має 5 фільтрів з різною смугою пропускання.

У третьому частотному каналі (діапазон частот 10 Гц … 100 кГц) реалізований цифровий метод формування «синусоїдної» кусково-східчастої напруги. Піддіапазони частот у цьому каналі задаються декадним змінюванням коефіцієнта ділення подільника частоти 2, а сигнал формується за допомогою ЦАП і одного з фільтрів блока ФНЧ2 з відповідною смугою пропускання.

Даний метод (перетворювання заданих кодів миттєвих значень відповідних сигналів у кусково-східчастий сигнал за допомогою ЦАП) використовується для формування спеціальних (лінійно змінного, трикутного та ін.) і складних несинусоїдних сигналів.

На рис. 7.34 зображена узагальнена структурна схема цифрового генератора імпульсів.

Рис.7.34. Узагальнена структурна схема цифрового генератора імпульсів

Вибір режиму роботи, завдання значень параметрів вихідних імпульсів і формування їх кодів здійснюється клавіатурою вхідного пристрою. Формувач сигналів керування призначений для генерації сітки опорних частот при внутрішньому запуску, для підсилення і обмеження, зовнішнього запуску, формування синхроімпульсів.

Формувач часових параметрів призначений для зберігання кодів значень параметрів, які записуються у вхідному пристрої, і формування з цих кодів проміжних імпульсів. Вони визначають часові параметри вихідних імпульсів: тривалість, період повторення і часовий зсув основних імпульсів відносно синхроімпульсів. До складу формувача входить реверсивний (віднімальний) лічильник. Робота формувача базується на записі у лічильник коду часового параметра з подальшим його списуванням імпульсами певної опорної частоти . Значення часового параметра виділяється між початком списування і моментом обнуління реверсивного (віднімального) лічильника і дорівнює .

ЦАП забезпечує формування амплітуди імпульсів, які потрапляють на формувач виходу. В складі останнього є подільник напруги для ручного або автоматичного регулювання амплітуди вихідних імпульсів. Стабілізація напруги живлення ЦАП і формувача виходу забезпечує високу точність завдання амплітуди імпульсів.

Усі цифрові генератори імпульсів мають вихід на КЗК, через який дистанційно установлюються режими роботи генератора і параметри вихідних імпульсів.

Дата добавления: 2014-10-15