Condizionatore di segnale triangolare additivo

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Nodi di apparecchiature radioamatoriali. Generatori, eterodine

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La possibilità di sintetizzare un segnale triangolare è mostrata sommando due segnali sinusoidali di diversa polarità rettificati da circuiti a ponte, uno dei quali sfasato rispetto all'altro di 90°; vengono fornite formule che descrivono la dinamica dei processi di addizione del segnale; sulla base di calcoli teorici è stato realizzato un circuito di un dispositivo che sintetizza un segnale triangolare.

I segnali di forma triangolare sono generalmente ottenuti in generatori utilizzando circuiti RC a tempo, convertitori da digitale ad analogico o sinteticamente da hardware e software. In questo caso, di norma, è difficile ottenere un'elevata linearità e simmetria del segnale generato, è possibile risolvere il problema a causa di un notevole aumento dell'intensità intellettuale e delle risorse del dispositivo [1–4].

Si è rivelato abbastanza semplice ottenere un segnale di forma triangolare quasi ideale utilizzando un duplicatore di frequenza, il cui schema è stato proposto all'inizio degli anni '70 del XX secolo (comunicazione privata, duplicatore di frequenza di S.I. Semenov). Il principio di funzionamento di questo duplicatore si basa sull'aggiunta antifase di due segnali sinusoidali rettificati da circuiti a ponte, uno dei quali è sfasato rispetto all'altro di 90°. Nonostante la semplicità di un tale duplicatore di frequenza, fino a poco tempo, la sua implementazione pratica e, inoltre, non sono stati eseguiti studi analitici.

La simulazione al computer della forma dei segnali prelevati dall'uscita di tale dispositivo ha mostrato che all'uscita dello shaper, quando è previsto uno sfasamento di 90°, si ottiene un segnale triangolare. Lo schema a blocchi del condizionatore di segnale additivo di forma triangolare è mostrato in fig. 1. La dinamica dei processi elettrici osservati nei vari punti di controllo del dispositivo può essere descritta dalle seguenti espressioni:

U1(t) = U0 sin(peso), U2(t) = U0 sin(peso + 90), U3(t) = U0 ass[sen(peso + 90)], U4(t) = -U0 ass(sen peso), U5(t) = U0 {abs[sen(peso + 90)] - ass(peso sin)}. Nel caso generale Uout(t) = U0 {abs[sin(wt + n90)] - abs(sin wt)}, n=1,3,5...

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

Fig. 1. Schema strutturale dello shaper

Un segnale sinusoidale (1), prelevato dall'uscita del generatore 1 (Fig. 1), viene inviato allo sfasatore 2 e al compensatore di tensione resistivo 4. Un segnale sinusoidale (90) sfasato di un angolo di 2° viene inviato a circuito a ponte di diodi 3. Il segnale dal compensatore di tensione 4 viene inviato al secondo circuito a ponte di diodi 5 retrocollegato. Pertanto, segnali bipolari rettificati (3) e (5) sono formati alle uscite dei circuiti a ponte di diodi 3 e 4. Questi segnali sono riassunti nel sommatore 6, formando così un segnale di uscita (5) di forma triangolare alla resistenza di carico Rcarico - In Fig.2 sono mostrati i diagrammi dei segnali di uscita con sfasamenti variabili.

Fig.2. Diagrammi di uscita

Un circuito pratico di un duplicatore di frequenza - un shaper triangolare è mostrato in Fig. 3. Il segnale di ingresso di forma sinusoidale attraverso la catena di sfasamento R1C1 viene inviato al primo ponte raddrizzatore (diodi VD1-VD4). Lo stesso segnale attraverso il potenziometro R2 ("Compensazione") viene inviato al secondo ponte raddrizzatore (diodi VD5-VD8).

Fig.3. Diagramma schematico del generatore di forme d'onda triangolari

Alle uscite dei ponti relativi al bus comune si formano segnali raddrizzati della doppia frequenza della tensione bipolare. Le uscite dei ponti sono collegate tramite il potenziometro R3 ("Bilanciamento"), tra il motore del quale e il bus comune è collegata la resistenza di carico.

All'ingresso dello shaper viene applicato un segnale sinusoidale con una frequenza di 3 kHz e una tensione di 5 V. Il dispositivo viene sintonizzato regolando successivamente gli elementi di sintonia (resistenze R2-R1). Il potenziometro R3 regola lo sfasamento; R1 - compensare la perdita (attenuazione) del segnale quando il segnale passa attraverso la catena di sfasamento; R2 - bilancia l'ampiezza dei segnali misti. Di conseguenza, in uscita si forma un segnale di forma triangolare con frequenza doppia (3 kHz).

Il funzionamento del dispositivo è stato testato utilizzando il programma di simulazione del circuito Electronics Workbench 5.12.

I vantaggi dello schema descritto per ottenere segnali triangolari includono la sua semplicità e l'elevata linearità del segnale di uscita. Allo stesso tempo, in una stretta banda di frequenza viene fornito un segnale di uscita di forma triangolare vicino all'ideale, dovuto all'uso di catene di sfasamento del tipo più semplice, intese solo a dimostrare il principio di funzionamento del dispositivo. La gamma di frequenze operative a cui è in grado di operare lo shaper è anche limitata dalle proprietà di frequenza dei diodi raddrizzatori (il limite superiore corrisponde approssimativamente a un valore del 5 ... 10% della frequenza operativa limite dei diodi utilizzati) .

Pertanto, per fornire la forma del segnale richiesta, gli elementi del dispositivo devono soddisfare un determinato insieme di requisiti a causa della presenza di elementi non lineari a semiconduttore:

- idealità dei raddrizzatori (linearità e identità delle loro caratteristiche volt-ampere);
- capacità minima e uguale delle transizioni n-p (identità delle caratteristiche volt-capacità).

Questi requisiti sono in parte soddisfatti quando si utilizzano diodi puntiformi al germanio ad alta frequenza dello stesso lotto di produzione, selezionati secondo il criterio delle identiche caratteristiche di corrente-tensione e volt-capacità, nonché quando si opera nella regione di frequenze relativamente basse (fino a unità di kilohertz), utilizzando un segnale sinusoidale ad alta ampiezza (unità...decine di volt) e lavorare su un carico adattato.

È possibile migliorare la forma dei picchi del segnale di uscita (la regione delle basse tensioni dei segnali raddrizzati, dove sono più chiaramente espresse le proprietà non lineari dei raddrizzatori a semiconduttore) spostando i punti operativi dei diodi nella sezione lineare della corrente- caratteristica di tensione alimentando con corrente continua.

Letteratura

1. Bondar VA Studio della linearizzazione del processo di carica o scarica di un condensatore in generatori di tensione a variazione lineare: Abstract della tesi. insultare. Per il grado del can. tecnico. Scienze. - Tomsk: TPI, 1971.
2. Notkin LR Generatori di funzioni e loro applicazione. - M.: Radio e comunicazione, 1983.
3. Graf R., Sciita V. Enciclopedia dei circuiti elettronici. T. 7.Cap. I.-M.: DMK, 2000.
4. Shustov MA Generatore di tensione triangolare a modulazione di fase. - Radioamatore, 1999, n. 5.

Autore: M.A. Shustov; Pubblicazione: radioradar.net

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