8.3. Принципы построения низкочастотных цифровых генераторов
К генератору (или формирователю стимулирующих воздействий) синусоидальной формы предъявляются определенные, иногда достаточно высокие, требования, по коэффициенту гармоник, диапазону задания частоты и амплитуды выходного сигнала, их стабильности и плавности, перестройки частоты и др. Преимущества цифровых генераторов перед аналоговыми: они удобнее в эксплуатации, имеют более высокое быстродействие, простую установку требуемой частоты, более наглядную индикацию. Цифровые генераторы позволяют осуществить автоматическую перестройку частоты по заданной программе; работать в системе с цифровыми средствами обработки информации. Наиболее перспективными в этом отношении являются генераторы, построенные на принципе цифроаналогового преобразования. В цифровых генераторах реализуется метод формирования квазисинусоидальных сигналов при помощи ЦАП. Метод состоит в том, что синусоидальный сигнал u(ti) — Umax sin wti аппроксимируется с известной степенью точности кусочно-ступенчатым сигналом, мало отличающимся от синусоидального сигнала (рис. 8.5). При этом возможны три варианта формирования кусочно-ступенчатого сигнала: 1) с равномерным расположением узлов аппроксимации по времени (ДГг= const); 2) с равноотстоящими узлами аппроксимации по уровню (A«i = const); 3) с оптимальным (неравномерным) выбором узлов аппроксимации по
времени и уровню (ДГ,=уаг; A«,=var). При периоде Т синусоидального напряжения и шаге дискретизации AT число ступеней ш=Т/АТ. Чем больше число ступеней, тем лучше аппроксимация. Уравнение ступенчатой кривой u{iAT) = Umax sin (i2n/m). Упрощенная структурная схема устройства, формирующего ступенчатую кривую, представлена на рис. 8.6.
Кварцевый генератор вырабатывает короткие импульсы с периодом следования Гя. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления k получается новая последовательность импульсов с периодом
следования AT = кТи, равным шагу дискретизации. Импульсы поступают в счетчик емкостью т. Кодовая комбинация, определяемая числом i импульсов, накоп-
Рис. 8.5. Аппроксимирующая кривая
Рис. 8.6. Устройство формирования ступенчатой кривой
ленных в счетчике, передается в ЦАП, где преобразовывается в аналоговый гармонический сигнал, соответствующий числу i, т. е. и(гАГ) = С/Шах sin (i2n/tn). Таким образом формируются т ступенек. После накопления т импульсов счетчик переполняется и сбрасывается в нуль. Формирование нового периода ступенчатой кривой начинается с приходом (m-fl)-ro импульса. Изменяя шаг дискретизации, можно изменять частоту формируемого сигнала. Информация о значении частоты сформированного сигнала выдается на цифровой индикатор генератора.
8.4. Высокочастотные генераторы сигналов
Высокочастотные ИГ являются источниками синусоидальных немодулированных или амплитудно-модулированных электрических колебаний в диапазонах частот от 30 кГц до 50 МГц и напряжений от 1 В до 1 мкВ. Используют их для настройки радиовещательных приемников при измерении характеристик четырехполюсников и питании различных радиоустройств.
Основными узлами ИГ высокой частоты общего применения с амплитудной модуляцией AM являются; задающий генератор, широкополосный усилитель-модулятор и выходное устройство (рис. 8.7, а).
Рис. 8.7. Схема высокочастотного генератора сигналов
Задающий LC-генератор вырабатывает синусоидальные напряжения. Диапазон генерируемых частот разбивается _на ряд поддиапазонов, перестройка частоты \l\2nVLC) в пределах поддиапазона осуществляется конденсатором переменной емкости, переход же к новому поддиапазону — с помощью коммутации катушек индуктивности. Формирование поддиапазонов можно осуществить, подавая сигнал на цепочку делителей частоты и через совокупность фильтров на модулятор,
Амплитудная модуляция осуществляется в широкополосном усилителе-модуляторе с переменным коэффициентом усиления, управляемым электрическим напряжением. Модулирующее напряжение создается либо внутренним генератором низкой частоты (частота 1 кГц), либо внешним генератором.
Модулирующее напряжение перемещает положение рабочей точки по характеристике UBUX (UBX) усилителя с разной крутизной. Это приводит к изменению коэффициента усиления для высокочастотного сигнала. На выходе модулятора образуется высокочастотный сигнал, амплитуда которого меняется по закону изменения модулирующего сигнала. Фильтр верхних частот не пропускает модулирующего сигнала и на его выходе образуется последовательность колебаний с разными амплитудами, т. е. высокочастотный амплитудно-модулированиый сигнал ИвЫх(0 (рис. 8.7,6). Амплитудная модуляция контролируется измерителем характеристик модуляции. Значение модулирующего напряжения на входе поддерживается неизменным, а смещение рабочей точки осуществляется с помощью постоянного (опорного) напряжения. Этот процесс в ИГ.автоматизирован.
Выходное устройство представляет собой систему калиброванных аттенюаторов, уменьшающих напряжение в целое число раз (кратное 10), и потенциометра, обеспечивающего плавную регулировку выходного напряжения. Электронный вольтметр включен на входе аттенюатора, отградуирован в значениях выходного сигнала. Выход генератора рассчитан на подключение типового коаксиального кабеля с выносным делителем напряжения.
В генераторах высокой частоты предусматривается вспомогательный выход через широкополосный усилитель для точного измерения частоты цифровым частотомером.