Conditionneur de signal triangle additif

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On montre la possibilité de synthétiser un signal de forme triangulaire en additionnant deux signaux sinusoïdaux de polarité différente redressés par des circuits en pont dont l'un est déphasé par rapport à l'autre de 90° ; des formules sont données qui décrivent la dynamique des processus d'addition de signaux ; sur la base de calculs théoriques, un circuit d'un dispositif synthétisant un signal triangulaire a été créé.

Les signaux de forme triangulaire sont généralement obtenus dans des générateurs utilisant des circuits RC à charge temporelle, des convertisseurs numérique-analogique ou synthétiquement par du matériel et des logiciels. Dans ce cas, en règle générale, il est difficile d'obtenir une linéarité et une symétrie élevées du signal généré ; il est possible de résoudre le problème en raison d'une augmentation notable de l'intensité intellectuelle et des ressources de l'appareil [1–4].

Il s'est avéré assez simple d'obtenir un signal de forme triangulaire presque idéale lors de l'utilisation d'un doubleur de fréquence, dont le schéma a été proposé au début des années 70 du XXe siècle (communication privée, doubleur de fréquence par S.I. Semenov). Le principe de fonctionnement de ce doubleur repose sur l'addition en antiphase de deux signaux sinusoïdaux redressés par des circuits en pont dont l'un est déphasé par rapport à l'autre de 90°. Malgré la simplicité d'un tel doubleur de fréquence, jusqu'à récemment, sa mise en œuvre pratique et, de plus, des études analytiques n'ont pas été réalisées.

La modélisation informatique de la forme des signaux prélevés en sortie d'un tel dispositif a montré qu'en sortie du conformateur, lorsqu'un déphasage de 90° est prévu, on obtient un signal triangulaire. Le schéma fonctionnel du générateur de signal additif de forme triangulaire est illustré à la fig. 1. La dynamique des processus électriques observés à différents points de contrôle de l'appareil peut être décrite par les expressions suivantes :

U1(t) = U0 péché(poids), U2(t) = U0 sin(poids + 90), U3(t) = U0 abs[sin(poids + 90)], U4(t) = -U0 abs(sinwt), U5(t) = U0 {abs[sin(wt + 90)] - abs(sin wt)}. Dans le cas général Uout(t) = U0 {abs[sin(wt + n90)] - abs(sin wt)}, n=1,3,5...

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

Fig. 1. Schéma structurel du shaper

Un signal sinusoïdal (1), prélevé à la sortie du générateur 1 (Fig. 1), est envoyé au déphaseur 2 et au compensateur de tension résistif 4. Un signal sinusoïdal (90) déphasé d'un angle de 2 ° est envoyé au circuit en pont de diodes 3. Le signal du compensateur de tension 4 est envoyé au deuxième circuit en pont de diodes 5 connecté en arrière. Ainsi, des signaux bipolaires redressés (3) et (5) sont formés aux sorties des circuits en pont de diodes 3 et 4. Ces signaux sont additionnés dans l'additionneur 6, formant ainsi un signal de sortie de forme triangulaire (5) à la résistance de charge Rload - Les diagrammes des signaux de sortie avec des déphasages variables sont illustrés à la Fig.2.

Fig.2. Diagrammes de sortie

Un circuit pratique d'un doubleur de fréquence - un conformateur triangulaire est illustré à la Fig. 3. Le signal d'entrée de forme sinusoïdale à travers la chaîne de déphasage R1C1 est envoyé au premier pont redresseur (diodes VD1-VD4). Le même signal via le potentiomètre R2 ("Compensation") est envoyé au deuxième pont redresseur (diodes VD5-VD8).

Fig.3. Schéma de principe du générateur de forme d'onde triangulaire

Aux sorties des ponts par rapport au bus commun, des signaux redressés de la double fréquence de la tension bipolaire sont formés. Les sorties des ponts sont connectées via le potentiomètre R3 ("Balance"), entre le moteur duquel et le bus commun la résistance de charge est connectée.

Un signal sinusoïdal avec une fréquence de 3 kHz et une tension de 5 V est envoyé à l'entrée du conformateur (Fig. 2).L'appareil est accordé en ajustant séquentiellement les éléments d'accord (résistances R1-R3). Le potentiomètre R1 règle le déphasage ; R2 - compense la perte (atténuation) du signal lorsque le signal traverse la chaîne de déphasage ; R3 - équilibre l'amplitude des signaux mixtes. En conséquence, un signal de forme triangulaire de fréquence doublée (10 kHz) est formé à la sortie.

Le fonctionnement de l'appareil a été testé à l'aide du programme de simulation de circuit Electronics Workbench 5.12.

Les avantages du schéma décrit pour obtenir des signaux triangulaires comprennent sa simplicité et la grande linéarité du signal de sortie. Dans le même temps, un signal de sortie de forme triangulaire proche de l'idéal est fourni dans une bande de fréquences étroite, ce qui est dû à l'utilisation de chaînes de déphasage du type le plus simple, destinées uniquement à démontrer le principe de fonctionnement du dispositif. La plage de fréquences de fonctionnement à laquelle le conformateur est capable de fonctionner est également limitée par les propriétés de fréquence des diodes de redressement (la limite supérieure correspond approximativement à une valeur de 5 ... 10% de la fréquence de fonctionnement limite des diodes utilisées) .

Ainsi, pour fournir la forme de signal requise, les éléments du dispositif doivent répondre à un certain ensemble d'exigences en raison de la présence d'éléments semi-conducteurs non linéaires :

- idéalité des redresseurs (linéarité et identité de leurs caractéristiques volt-ampère) ;
- capacité minimale et égale des transitions n-p (identité des caractéristiques volt-capacité).

Ces exigences sont en partie satisfaites lors de l'utilisation de diodes ponctuelles haute fréquence au germanium d'un même lot de production, sélectionnées selon le critère de caractéristiques courant-tension et volt-capacité identiques, ainsi que lors d'un fonctionnement dans la région des fréquences relativement basses (jusqu'à unités de kilohertz), en utilisant un signal sinusoïdal de forte amplitude (unités. ..dizaines de volts) et travailler sur une charge adaptée.

Il est possible d'améliorer la forme des pics du signal de sortie (la zone des basses tensions des signaux redressés, où les propriétés non linéaires des redresseurs à semi-conducteurs sont le plus clairement exprimées) en déplaçant les points de fonctionnement des diodes vers la section linéaire du caractéristique courant-tension par alimentation en courant continu.

littérature

1. Bondar VA Etude de la linéarisation du processus de charge ou de décharge d'un condensateur dans des générateurs de tension variant linéairement : Résumé de la thèse. insulter. Pour le degré de Cand. technologie. Les sciences. -Tomsk : TPI, 1971.
2. Notkin L.R. Générateurs de fonctions et leur application. - M. : Radio et communication, 1983.
3. Graf R., Chiite V. Encyclopédie des circuits électroniques. T. 7.Ch. I.-M. : DMK, 2000.
4. Shustov M.A. Générateur de tension triangulaire modulé en phase. - Radioamateur, 1999, n°5.

Auteur : M. A. Choustov ; Publication : radioradar.net

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