Файл: Цифровые многозначные элементы и структуры учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.07.2024
Просмотров: 129
Скачиваний: 0
Рис. 6. Принципы представления информации в многоустойчивых элементах.
элементы. Гармонические элементы подразделяют на частотные, фазо вые и амплитудные, а импульсные на частотно-импульсные, времяимпульсные, фазо-импульсные и амплитудно-импульсные. Существуют также элементы с комбинированными принципами представления ин формации (рис. 6).
§ 1.2. Частотно-гармонические элементы
Частотно-гармоническими называют элементы, у которых каждо му из k уровней квантования информационных сигналов однознач но соответствует частота гармонических колебаний. Известно несколь
12
ко основных способов реализации таких элементов [25], отличающихся типом избирательной системы с управляемой резонансной частотой.
На рис. 7 изображена блок-схема одного из вариантов частотнотармонического элемента, в котором в качестве избирательной сис темы используется электрически перестраиваемый колебательный
Рис. 7. Блок-схема частотно-гармонического элемента.
контур ПК. В состав такого элемента входит также гребенчатый фильтр ГФ, усилитель У, детектор Д и фильтр низкой частоты ФНЧ. Динами ческие преобразования в таком элементе представляют собой преобра зования «напряжение— частота» и «частота — напряжение». Фильтр с гребенчатой характеристикой можно построить по блок-схеме, изо браженной на рис. 8. Он состоит из суммирующей схемы С и схемы вре менной задержки т. Если на вход этой схемы подано напряжение
Ul = U0sin©/,
то на выходе схемы задержки будет напряжение
U2= Unsin со (t — т),
а на выходе суммирующей схемы напряжение
Ui + U2~ U0(sin at + sin a(t — т)).
..
|
2т |
2т |
2т |
2т |
Рис. 8. Блок-схема фильтра |
Рис. 9. Амплитудно-частотная |
ха |
||
с гребенчатой характеристи |
рактеристика фильтра с гребенча |
|||
кой. |
той характеристикой. |
|
|
Переходя к изображениям напряжений IJ1 и Ua, находим операторный коэффициент передачи такой схемы:
модуль которого при р — }а равен
К (со)= 2 cos- у - .
13
Из последнего выражения видно, что амплитудно-частотная харак теристика схемы состоит из ряда чередующихся возрастающих и па дающих участков (рис. 9).
Если в схеме (рис. 7) замкнуть ключи К1 и К2, она превратится в ре лаксационный генератор, спектр колебаний которого содержит все частоты coj, со2, ..., wk. При разомкнутом ключе К1 условия самовоз буждения этого генератора выполняются только для той частоты, ко торая попадает в полосу пропускания контура ЛК- Если собственная частота сос контура не совпадает ни с одной из частот са1( ю2, •••>
система остается невозбужденной. Поставив сос в зависимость от час тоты генерации, получим устройство с несколькими устойчивыми со-
Рис. 10. Принципиальная схема частотно-гармонического многоустой чивого элемента.
стояниями, различающимися частотой генерируемых колебаний на выходе усилителя и величиной напряжения на выходе фильтра низ кой частоты.
Принципиальная схема частотно-гармонического многоустойчивого элемента, соответствующего блок-схеме (рис. 7), представлена на рис. 10 [251. Суммирующая схема выполнена на сопротивлениях R3, R4, R5, сопротивления R1 и R2 являются согласующими. Напряжение с выхода гребенчатого фильтра поступает на параллельный перестраива емый контур L1C1 и через обмотку связи L3 — на двухкаскадный тран зисторный усилитель. Коллекторной нагрузкой второго каскада уси лителя служит сопротивление R1, выбираемое из условия согласова ния выходных параметров усилителя и входных параметров схемы задержки. С выхода усилителя через цепочку C2R7 напряжение пода ется на базу транзистора ТЗ, детектируется переходом база — эмиттер и подается на обмотку L2, определяя величину тока подмагничивания, а следовательно, и частоту колебаний на выходе усилителя.
Характерной особенностью частотно-гармонических элементов с гребенчатыми фильтрами является их автономность. Каждый элемент представляет собой автогенератор, в котором частота колебаний, со ответствующая устойчивым состояниям, зависит от параметров его
14
схемы. Так как эти параметры не остаются постоянными в процессе работы, трудно согласовать условия совместной работы таких элемен тов. Подобных недостатков нет у неавтономных частотно-гармонических элементов. У них частоты колебаний, соответствующие устойчивым состояниям, вырабатываются внешним генератором, общим для всех
элементов. При этом изменение пара |
|
метров генератора одинаково сказы |
|
вается на признаках устойчивых со |
|
стояний отдельных элементов и не |
|
влияет на их взаимодействие. |
-------ш н— |
Неавтономным частотно-гармони |
|
ческим элементом является спектро- |
|
трон, блок-схема которого изображе |
Рис. 11. Блок-схема спектротрона. |
на на рис. 11. Здесь на перестраивае
мый контур ПК подается периодическое напряжение U (i), спектр которого содержит составляющие с частотами од, о)2, ..., cofc (рис. 12). Если контур перестраивать напряжением Unx при разомкнутой цепи обратной связи, то спектральные составляющие, лежащие в диапазоне перестройки контура, будут поочередно попадать в его полосу пропус кания. Ограничив полосу пропускания контура некоторой величиной До = со,-— соt_1 (i = 1, 2, ..., k), получим гребенчатую зависимость амплитуды гармонических колебаний на выходе ПК от величины ВХОД
ИЛ
Um
Ui
U f |
и );./ |
й); U cj |
to u t |
Щ |
ЫМ |
Рис. 12. Спектр напряжения, подаваемого на вход спектротрона.
Устойчивые состояния
Рис. 13. Амплитудная характеристика спектротрона.
ного напряжения. Если детектор Д линейный относительно средних значений напряжения, то амплитудную характеристику Uaых = / (UBX) можно изобразить, как на рис. 13. В спектротроне функции преобра зований напряжения в частоту и частоты в напряжение совмещены в перестраиваемом контуре.
15
Замыкание цепи обратной связи соответствует условию
Um = - ± - U m + U0, |
(1.3) |
где Ку — коэффициент усиления цепи обратной связи, |
а £/„ — по |
стоянное смещение на ее входе. Значения Ку и U0 определяют смещение линии обратной связи относительно начала координат и угол ее на клона к оси абсцисс (рис. 13). Если внешним воздействием перестраи вать ПК так, чтобы спектральная составляющая со,- попала в полосу пропускания (рис. 12, кривая Л), то на выходе контура появится на пряжение Um, которое после детектирования и усиления будет при ближать настройку контура к частоте со,., то есть в системе будет уста навливаться положительная обратная связь. Если коэффициент обрат ной связи больше единицы, то развивается лавинообразный процесс, заканчивающийся переходом системы в устойчивое состояние (рис. 12, кривая Б). Напряжения Ut на выходе контура достаточно для того, чтобы удерживать в полосе пропускания частоту сог и после прекраще ния внешнего воздействия. Таким образом, спектротрон может иметь несколько устойчивых состояний, различающихся частотой колебаний на выходе контура и величиной напряжения на выходе усилителя. При этом число устойчивых состояний не зависит от количества ис пользуемых в схеме активных и пассивных элементов.
Чтобы определить число устойчивых состояний спектротрона и их признаки, необходимо получить аналитическое выражение для амплитудной характеристики системы (рис. 11). Если на контур спек тротрона подается напряжение питания
k
U (0 =■ S Uicos мМ i= 1
и собственная частота контура сос линейно зависит от входного на пряжения
“ с = ®о + aU„х,
то зависимость выходного напряжения UВЫх системы от входного UBX при разомкнутой петле обратной связи имеет вид [25]
£ /.-* |
2 |
■ |
V 1 +Q 3 |
UjKxKc |
(1.4) |
|
(ft>0 |
||||||
"Н ^UBX) |
||||||
|
i=i |
|
1 - |
(Ч г |
где Кя — коэффициент передачи последовательного соединения детек тора и фильтра низкой частоты; Кс — резонансный коэффициент пере дачи перестраиваемого контура; Q — добротность контура.
Выражения (1.3) и (1.4) являются исходными для анализа ста ционарного режима работы спектротрона. Совместно решая уравне ния (1.3) и (1.4), определяют признаки устойчивых состояний спектро
16
трона, однако эти уравнения не разрешимы в радикалах и их необхо димо упростить [25]. Выражение (1.4) справедливо для сколь угодно плотного расположения составляющих спектра напряжения питания. Когда же расстояние между соседними спектральными линиями А со значительно превышает полосу пропускания контура, можно пренеб речь влиянием соседних частот при настройке контура на частоту со(. Уравнение амплитудной характеристики при этом разбивается на не сколько независимых уравнений
UiKaKc |
(1.5) |
|
U ВЫХ ----- |
(о,, -|- aUBJ - |
|
| / ‘+«4' |
и |
|
(i = 1, 2, |
. . . , k), |
|
каждое из которых справедливо в определенном диапазоне собствен ных частот контура. Дальнейшее совместнее решение уравнения
(1.3) и системы (1.5) из-за |
значительных трудностей вычисления це |
||||||
лесообразно |
производить, |
применяя |
графические |
методы. |
В [25] |
||
приведено аналитическое |
решение системы |
(1.5) |
при со0 = |
aU0Ka. |
|||
Изложенная методика |
дает возможность |
определить |
признаки |
||||
устойчивых |
состояний спектротрона, |
соответствующих |
точкам пе |
ресечения прямой обратной связи с каждым «всплеском» амплитудной характеристики. Число устойчивых состояний определяется количе
ством таких пересечений (рис. |
13). Если спектр напряжения |
питания |
эквидистантный (Aw = consl), то при перестройке контура |
от wMHh |
|
до соМакс в его полосу пропускания попадает k составляющих |
спектра, |
|
причем |
|
|
k = Ent ( |
ЫмаКд ~ Ч'ИН ) + 1- |
|
(Запись Ent (А ) означает, что берут целую часть числа А). |
Введя обо |
|||
значение коэффициента перестройки |
контура |
Кп = — |
получим |
|
|
|
|
шмин |
|
k — Ent тмакс |
Кп |
1 |
I 1 |
|
Д(0 |
Кп |
I |
|
|
Для увеличения числа состояний спектротрона необходимо увели' чивать КП или уменьшать Aw. При заданной добротности контура Q
и числе k спектральных составляющих |
минимально допустимый ко |
|||
эффициент перестройки контура |
Кп определяют по |
формуле [251 |
||
Кп = |
(k — |
I) Дсо |
1, |
|
|
ш г ~ |
|
|
|
где А/ — полоса пропускания контура. |
|
подмагничива- |
||
В результате изменения |
индуктивностей L1 и L2 |
нием, в принципиальной схеме спектротрона, (ряс. 14) контур LI L2JC2
2 |
896 |
17 |
|
|
перестраивается. Напряжение U (t) с заданным линейчатым спек тром подается на контур через конденсатор Cl. С выхода контура через обмотки связи L5 и L6 напряжение поступает на двухкаскадный уси литель постоянного тока, выполненный на транзисторах 77 и Т2, детектируется переходом база — эмиттер транзистора 77 и сглажива ется цепочкой СфЯф. Сглаженное напряжение усиливается транзисто ром Т2, коллекторной нагрузкой которого служат обмотки подмагничивания L3 и L4, включенные встречно, чтобы исключить шунтирую щее действие цепи подмагничивания на контур. Таким образом, схема охватывается обратной связью по постоянному току.
Рис. 14. Принципиальная схема |
Рис. 15. Принципиальная схема |
спектротрона. |
спектротрона на базе диэлектричес |
|
кого усилителя. |
Напряжение U (t) с требуемым линейчатым спектром обеспечи вается за счет использования отдельных генераторов для каждой со ставляющей или за счет применения генератора релаксационных колебаний.
В описанной схеме спектротрона наиболее дорогостоящей и наи менее надежной частью является транзисторный усилитель. Исполь зование резонансного магнитного или диэлектрического усилителя позволяет совместить функции избирательности и усиления и тем са мым исключить из схемы спектротрона активные элементы. Принци пиальная схема спектротрона на базе диэлектрического усилителя изо бражена на рис. 15. Напряжение V (t) с линейчатым спектром поступа ет на колебательный контур Ь1С1Д1Д2. Резонансная частота этого кон
тура изменяется |
с помощью нелинейных емкостей р — /г-переходов |
||
диодов Д1 и Д2. |
Напряжение с выхода контура через обмотку связи |
||
L2 |
поступает на последовательную |
детектирующую цепочку ДЗС2 |
|
и |
после детектирования управляет |
нелинейными емкостями диодов |
|
Д1 и Д2. |
можно построить, не охватывая резонансный усили |
||
|
Спектротрон |
тель внешней обратной связью. Использование внутренней обратной связи в нелинейном колебательном контуре позволяет получить пре дельно простую реализацию спектротрона. Один из вариантов схемы такого спектротрона с использованием нелинейной емкости р — « пе рехода представлен на рис. 16. Несмотря на простоту этой схемы,
18