Разработка генераторов сигналов специальной формы. Триггер Шмитта
Генератор сигналов специальной формы – это источник одиночных или периодических сигналов, форма которых отлична от прямоугольных.
Самыми распространенными формами сигналов специальной формы являются:
- Колоколообразная.
- Треугольная.
- Пилообразная.
- Трапецеидальная.
Сигналы специальной формы предназначены для моделирования входных воздействий при испытаниях и настройке измерительной, геофизической, медицинской аппаратуры, а также каналов связи. В настоящее время не существует стандартов, которые классифицируют генераторы специальной формы и определяют требования к их основным параметрам. Поэтому подход к нормированию этих параметров такой же, как и к нормированию измерительных сигналов, то есть необходимо указывать форму генерируемого сигнала, параметры искажений, пределы допускаемых погрешностей, нестабильность параметров и т.п.
Для создания дешевых и простых генераторов сигналов специальной формы используются схемы на основе интеграторов с нелинейной обратной связью через пороговый элемент (триггер Шмитта). Структурная схема такого генератора представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная схема генератора сигналов специальной формы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - пороговый элемент; 2 - интегратор; 3 - выходной повторитель пилообразного сигнала; 4 - выходной формирователь синусоидального сигнала; 5 - выходной формирователь трапецеидального сигнала; 6 - выходной формирователь импульсного сигнала.
В процессе интегрирования постоянного напряжения, которое присутствует на выходе представленного генератора (триггер Шмитта), интегратор формирует линейно изменяющееся напряжение. Когда напряжение на выходе триггера достигает значения порога срабатывания триггера, то он переключается, и у его выходного напряжения меняется знак. Из-за этого выходное напряжение изменяется в противоположную сторону, пока не станет равным порогу срабатывания триггера. Данный процесс повторяется периодически и на выходе формируется симметричное напряжение треугольной формы, имеющее одинаковое время спада и нарастания. Стабильность и размах напряжения определяются установкой и стабильностью порогов срабатывания триггеров. Частота перестраиваемого напряжения изменяется в широком диапазоне частот от низких до нескольких десятков килогерц, изменяя постоянную времени интегратора. Перестройка может также осуществляться электрическим путем, посредством регулировки напряжения на входе интегратора. Если сделать схему регулировки более сложной, можно добиться пилообразного напряжения с регулируемым временем спада и нарастания. А уже на основе треугольного напряжения можно сформировать колоколообразное, трапецеидальное, синусоидальное напряжения. Используется для этого нелинейное преобразование сигналов треугольной формы при помощи диодно-резистивной схемы, которая обеспечивает кусочно-линейную аппроксимацию необходимого параметра. Достоинством таких схем является простота и дешевизна, главный недостаток - ограниченный набор формируемых сигналов.
Цифровые измерительные генераторы сигналов произвольной формы
Цифровой измерительный генератор сигналов произвольной формы – это специализированная микро-электронно-вычислительная машина, которая работает по жесткой программе воспроизведения набора сигналов, записанных в запоминающем устройстве
Довольно распространенным видом генераторов сигналов специальной формы являются цифровые генераторы сигналов произвольной формы. Структурная схема данного генератора изображена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Цифровой генератор сигналов произвольной формы . Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - поступающие сигналы; 2 - блок управления; 3 - генератор опорной частоты; 4 - формирователь адреса; 5 - запоминающее устройство; 6 - цифро-аналоговый преобразователь; 7 - выход.
В данном устройстве тактовая частота работы задается генератором опорной частоты. По каждому из тактовых импульсов из формирователя адреса извлекается код адреса, по которому в запоминающем устройстве располагается отсчет формируемого сигнала. Данный отсчет из запоминающего устройства извлекается и поступает в цифро-аналоговый преобразователь. Затем цифро-аналоговый преобразователь переводит код отсчета в напряжение. В результате последовательного опроса запоминающего устройства на его выходе возникает последовательность цифровых сигналов, которые при помощи цифро-аналогового преобразователя превращаются в аналоговый сигнал необходимой формы. Таким способом можно сформировать сигнал практически любой формы. Со стороны нижних частот диапазон данного генератора ничем не ограничен. Ограничителем со стороны верхних частот является быстродействие цифро-аналогового преобразователя и запоминающего устройства. Точность цифрового измерительного генератора сигналов произвольной формы по выходному напряжению определяется разрядность используемого запоминающего устройства и объемом его памяти.
