Condicionador Aditivo de Sinal Triângulo

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Mostra-se a possibilidade de sintetizar um sinal triangular pela adição de dois sinais senoidais de polaridades diferentes retificados por circuitos em ponte, um dos quais defasado em relação ao outro em 90°; são dadas fórmulas que descrevem a dinâmica dos processos de adição de sinal; com base em cálculos teóricos, foi criado um circuito de um dispositivo sintetizando um sinal triangular.

Sinais de forma triangular são geralmente obtidos em geradores usando circuitos RC de carga de tempo, conversores digital-analógico ou sinteticamente por hardware e software. Nesse caso, via de regra, é difícil atingir alta linearidade e simetria do sinal gerado; é possível resolver o problema devido a um aumento perceptível na intensidade intelectual e de recursos do dispositivo [1–4].

Acabou sendo bastante simples obter um sinal de formato triangular quase ideal ao usar um dobrador de frequência, cujo esquema foi proposto no início dos anos 70 do século XX (comunicação privada, dobrador de frequência de S.I. Semenov). O princípio de operação deste duplicador é baseado na adição antifásica de dois sinais senoidais retificados por circuitos em ponte, um dos quais é deslocado em fase em relação ao outro em 90 °. Apesar da simplicidade de tal duplicador de frequência, até recentemente, sua implementação prática e, além disso, estudos analíticos não foram realizados.

A modelagem computacional da forma dos sinais retirados da saída de tal dispositivo mostrou que na saída do modelador, quando uma mudança de fase de 90° é fornecida, um sinal triangular é obtido. O diagrama de blocos do gerador de sinal aditivo de forma triangular é mostrado na fig. 1. A dinâmica dos processos elétricos observados em vários pontos de controle do dispositivo pode ser descrita pelas seguintes expressões:

U1(t) = U0 sen(peso), U2(t) = U0 sen(peso + 90), U3(t) = U0 abs[sin(peso + 90)], U4(t) = -U0 abs(sem peso), U5(t) = U0 {abs[sin(peso + 90)] - abs(sin peso)}. No caso geral Uout(t) = U0 {abs[sin(wt + n90)] - abs(sin wt)}, n=1,3,5...

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

Figura 1. Diagrama estrutural do shaper

Um sinal senoidal (1), retirado da saída do gerador 1 (Fig. 1), é alimentado ao defasador 2 e ao compensador de tensão resistiva 4. Um sinal senoidal (90) deslocado em fase por um ângulo de 2 ° é alimentado para circuito de ponte de diodo 3. O sinal do compensador de tensão 4 é alimentado para o segundo circuito de ponte de diodo conectado 5. Assim, sinais bipolares retificados (3) e (5) são formados nas saídas dos circuitos de ponte de diodo 3 e 4. Esses sinais são somados no somador 6, formando assim um sinal de saída de formato triangular (5) na resistência de carga Rcarga - Os diagramas dos sinais de saída com diferentes deslocamentos de fase são mostrados na Fig.2.

Figura 2. Diagramas de saída

Um circuito prático de um dobrador de frequência - um modelador triangular é mostrado na Fig. 3. O sinal de entrada de uma forma senoidal através da cadeia de deslocamento de fase R1C1 é alimentado para a primeira ponte retificadora (diodos VD1-VD4). O mesmo sinal através do potenciômetro R2 ("Compensação") é alimentado para a segunda ponte retificadora (diodos VD5-VD8).

Fig.3. Diagrama esquemático do gerador de forma de onda triangular

Nas saídas das pontes em relação ao barramento comum, são formados sinais retificados da dupla frequência da tensão bipolar. As saídas das pontes são conectadas através do potenciômetro R3 ("Balanço"), entre o motor do qual e o barramento comum está conectada a resistência de carga.

Um sinal senoidal com frequência de 3 kHz e tensão de 5 V é alimentado na entrada do modelador (Fig. 2) O dispositivo é sintonizado ajustando sequencialmente os elementos de ajuste (resistores R1-R3). O potenciômetro R1 ajusta o deslocamento de fase; R2 - compensa a perda (atenuação) do sinal quando o sinal passa pela cadeia de mudança de fase; R3 - equilibra a amplitude dos sinais misturados. Como resultado, um sinal triangular de frequência dobrada (10 kHz) é formado na saída.

O funcionamento do dispositivo foi testado usando o programa de simulação de circuitos Electronics Workbench 5.12.

As vantagens do esquema descrito para obtenção de sinais triangulares incluem sua simplicidade e alta linearidade do sinal de saída. Ao mesmo tempo, um sinal de saída triangular próximo do ideal é fornecido em uma faixa de frequência estreita, devido ao uso de cadeias de deslocamento de fase do tipo mais simples, destinadas apenas a demonstrar o princípio de operação do dispositivo. A faixa de frequências operacionais nas quais o modelador é capaz de operar também é limitada pelas propriedades de frequência dos diodos retificadores (o limite superior corresponde aproximadamente a um valor de 5 ... 10% da frequência operacional limitante dos diodos usados) .

Assim, para fornecer a forma de sinal necessária, os elementos do dispositivo devem atender a um determinado conjunto de requisitos devido à presença de elementos não lineares semicondutores:

- idealidade dos retificadores (linearidade e identidade de suas características volt-ampere);
- capacitância mínima e igual de transições n-p (identidade das características volt-capacitância).

Esses requisitos são parcialmente atendidos ao usar diodos pontuais de germânio de alta frequência do mesmo lote de produção, selecionados de acordo com o critério de características idênticas de corrente-tensão e volt-capacitância, bem como ao operar na região de frequências relativamente baixas (até unidades de quilohertz), usando um sinal senoidal de alta amplitude (unidades... dezenas de volts) e trabalhando em uma carga correspondente.

É possível melhorar a forma dos picos do sinal de saída (a área de baixas tensões dos sinais retificados, onde as propriedades não lineares dos retificadores semicondutores são mais claramente expressas) deslocando os pontos de operação dos diodos para a seção linear do característica corrente-tensão alimentando com corrente contínua.

Literatura

1. Bondar V.A. Estudo da linearização do processo de carga ou descarga de um capacitor em geradores de tensão variando linearmente: Resumo da tese. diss. Para o grau de Cand. tech. Ciências. - Tomsk: TPI, 1971.
2. Notkin LR Geradores de função e sua aplicação. - M.: Rádio e comunicação, 1983.
3. Graf R., Shiite V. Enciclopédia de circuitos eletrônicos. T. 7.Ch. I.-M.: DMK, 2000.
4. Shustov M.A. Gerador de tensão triangular modulada em fase. - Rádio amador, 1999, n.º 5.

Autor: M. A. Shustov; Publicação: radioradar.net

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