книги / Многочастотные системы передачи дискретных сигналов

синусоиды, так и от внешнего сигнала, определяющего тре­ буемую частоту выхода. При целых значениях коэффициен­ тов деления синтезатор можно выполнить на делителях, в качестве которых применяют синхронизируемые им­ пульсные автогенераторы (рис. 17).

В данной схеме используют заторможенный режим ра­ боты мультивибратора. Для создания такого режима ис­ ключен источник эмиттерного напряжения Еэ. Синхрони­ зирующие импульсы подаются на базу транзистора 77-

Рис. 17. Схема делителя частоты с эмнттсрным мостом (а); ире­ менные диаграммы (б)

При отсутствии синхронизирующих (делимых) импульсов от задающего генератора делитель частоты не генерирует импульсов, а незначительное уменьшение крутизны времязадающего напряжения, которое формируется после отпи­ рания диода моста Д„, не влияет на коэффициент деления. Эго объясняется тем, что на быстро спадающем участке кривой времязадающего напряжения должен быть только один синхронизирующий импульс (рис. 17, б).

Рассмотрим работу делителя частоты. При заряде кон­ денсаторов через открытый транзистор Т2 (интервал 0 — / 0 на рис. 17, б) напряжение 1/6 имеет положительную полярность и транзистор 77 заперт. После отпирания дио­ да напряжение II6 быстро уменьшается, отпирая транзис­ тор 77 и запирая транзистор Т2 (/„ на рис. 17, б). Люмен г отпирания транзистора 77 зависит не только от парамет­ ров времязадающего моста, но и от момента поступлении

на вход транзитора 77 импульса напряжения 1!е отрицательной полярности от ЗГ. Зарядившиеся конденсаторы, которые после отпирания диода, оказываются включенными последовательно, разряжаются через резистор # р и эмиттерный переход транзистора 77. Выходное напряжение 1/н снимается с коллектора транзитора 77. После выхода тран­ зистора 77 из режима насыщения мультивибратор возвра­ щается в исходное положение Коэффициент деления дели­ теля, выполненного по схеме (рис. 17), можно регулировать изменением параметров времязадающего моста.

В последнее время в качестве делителей частоты приме­ няют счетчиковые делители, которые легко реализуются на интегральных микросхемах. Таким схемам свойственны не только легкость и простота реализации, но и возможность получить делители с переменным коэффициентом деления, который можно изменять при помощи внешнего устрой­ ства.

Схема управляемого делителя частоты (УДЧ) призсдена на рис. 18; УДЧ представляет собой двоичный ^-разряд­ ный счетчик, выполненный на триггерах. Частота импуль­ сов на выходе УДЧ определяется значением его коэффици­ ента деления, для изменения которого в схему введены клю­ чи К1-- К1, на входы которых при необходимости измене­ ния коэффициента деления поступают импульсы от блока управления. В качестве ключей можно использовать логиче­ ские элементы И. Такие УДЧ применяют для получения ряда частот частотной группы. При использовании для передачи т ч частот, которые посылаются в канал связи одновремен­ но, синтезатор частоты должен содержать т ч делителей

Если предположить, что в уравнении (3.19)

Можно реализовать ФП синусоидального сигнала на ос­ нове счетчика Либау — Крейга с сумматором, в который входит как основная часть регистр сдвига. Для получе-

ММ

ш

Рис. 20. Схема пятиразрядного счетчика с сумма­ тором

ния М-разрядного счетчика необходимо в регистре сдвига выходы последнего М-го разряда соединить с информаци­ онными управляющими входами первого разряда.

Используемый в схеме сумматор, представляет собой обычный сумматор, собранный на основе резисторов. На рис. 20 показана функциональная схема пятиразрядного счетчика с сумматором. Каждые десять прямоугольных

импульсов, поступающих на вход аппроксиматора, преоб­ разуются в одну ступеньку синусоидального сигнала. Надо отметить, что чем больше разрядов используется в счетчике, тем точнее воспроизведение сигнала.

В Качестве аппрокснматоров функций можно также ис­ пользовать цифроа налоговые преобразователи (ЦАП) Ш. Доступность монолитных ЦАП и программируемых ПЗУ (постоянных запоминающих устройств) позволяет пользо­ вателю воспроизводить на выходе сигнал практически лю­ бой формы. На рис. 21 изображена структурная схема ФП,

Рис. 21. Структурная схема функционального пре­ образователя с ПЗУ

в которой программируемое ПЗУ вырабатывает синусо­ идальный цифровой код для ЦАП. При таком соединении схема имеет 256 выходных шагов на период, каждый из которых принимает один из 256 возможных уровней. Вы­ ходная частота определяется с помощью выражения /пых = = /т/256,- где Д. — тактовая частота. Эта схема позволяет с высокой точностью осуществлять управление частотой, фазой, начальными переходными процессами и переходным процессами при сдвиге частоты или фазового угла. Ампли­ туда на выходе может модулироваться или управляться с помощью меняющегося опорного напряжения 0 оп. Такой ФП можно образовать параллельным включением несколь­ ких ПЗУ и подключением соответствующего ПЗУ с помо­ щью цепей выборки.

Построение функциональных преобразователей. Сину­ соидальное колебание «(/) можно рассматривать как конеч­ ную последовательность смещенных импульсов, умножен­ ных на значения заданного колебания в моменты, соот­

ветствующие смещениям/как это видно из рис. 2 2 , а. Мож записать

ряд функциональных преобразователей. Точность аппрок­ симации зависит от количества импульсов п, и чем п будет боль­

ив виде скачков напряжения (б)

ввиде последовательности импульсов, как это видно из выражения (3.21), но и в виде последовательности скачков напряжения равной величины, возникающих в различные моменты времени. На рис. 22, б показан синусоидальный сигнал «(/),' аппроксимированный суммой скачков напря­

жения, возникающих в моменты ^к = кх.

Величина к-то скачка, возникшего в момент 1к = кх, и ' (кх)х.

Суммируя все скачки напряжения, получим

ах

и* (I) = и (0) 1 (/) + Д и' (кх) 1 ( 1 - к х ) х

основе уравнения (3.23) можно построить несколько ФП синусоидального сигнала. Следует отметить, что в обоих

Так как ряд Маклорена имеет бесконечное количество членов, построение ФП на основе этого ряда возможно, если при построении ограничиться несколькими членами, что, естественно, внесет ошибку ограничения. Поэтому перед построением всегда нужно знать допустимую ошибку, после чего можно определять число членов ряда. Общая ошибка будет равна сумме ошибок ограничения и округления. На­ пример,- при п = 5 ошибка округления мала и ошибка ограничения доминирует над ней. Пусть о)0 = л/2, п = 5.

Максимальная ошибка будет 3,54 • -10“в [371.

Ошибку в окрестности ( = 1 можно уменьшить за счет увеличения ее в других местах. Необходимо отмстить, что синусоидальный сигнал можно разложить с использованием любой ортогональной функции, в том числе и полинома Чебышева, который позволяет более равномерно распре­ делить ошибку по всему интервалу.

Можно и дальше использовать тригонометрические соотношения для нахождения полиномов Чебышева лю­ бого порядка. При разложении функции 5т а ) 0* по полиномам Чебышева коэффициенты ряда

полиномов Чебышева до девятого порядка со0 = я/2 [37] получим уравнение, содержащее нечетные степени ( до девя­ той включительно:

зом, для аппроксимации лучше использовать полином Че­ бышева, где ошибка на три порядка меньше по сравнению с рядом Маклорена. Кроме рассмотренных полиномов для представления непрерывных сигналов, например синусо­ идальных, можно использовать полиномы Лежандра, Лагерра и Эрмита. Для представления дискретных сигналов ши­ роко распространены функции Радемахера— Уолша.

Синусоидальный сигнал, можно получить из различных простых сигналов на основе ряда Фурье. Д ля простоты реа­ лизации ФП входной сигнал должен обладать следующими свойствами: А0/Лл/ » 1 (для уменьшения ошибки аппрок­ симации вследствие влияния других гармоник); число к должно быть большим для упрощения реализации фильтра.

аппроксимации синусоидального сигнала зависит от коли­ чества выходов распределителя. Для изменения выходной

цесс. Если фаза входного сигнала совпадает с фазой преды­ дущего входного сигнала, то выходной сигнал будет без искажения; если же фазы не совпадают, то один из импуль­ сов, вводящих в состав выходного сигнала, который соот­ ветствует моменту переключения входной частоты, стано­ вится шире или уже.

Можно построить ФП, состоящий из распределителя на мультивибраторе и сумматора на резисторах, (рис. 24). Рас­ пределитель, входящий в состав ФП, работает следующим образом. Д ля упрощения объяснения примем п = 3. После момента включения питания начинают заряжаться конден­ саторы С1...СЗ, и на базах всех транзисторов возрастает отрицательный потенциал напряжения. Вследствие неидентичности транзисторов какой-то из них откроется раньше {предположим Т2), и проходящий через него ток создает отрицательное напряжение на резисторе Это напряже­ ние будет запирать остальные транзисторы (77 и ТЗ). Од­ новременно конденсатор С2 начнет разряжаться через ре­ зисторы 3, Яэ и транзистор Т2. Когда заряд конденса­ тора С1 будет близиться к концу, транзистор Т2 закроется. Разряд конденсатора С2 также прекратится и начнется его

разряжаться через открытый транзистор ТЗ и т. д. Для на-

.дежной работы распределителя, предотвращения влияния сумматора и увеличения мощности выходного импульса, после каждого транзистора распределителя необходимо ставить эмиттерный повторитель ЭП. К недостаткам такого ФП (рис. 24) можно отнести зависимость выходной частоты от характеристик каждого транзистора и элемента схемы, которые в свою очередь зависят от температуры. В связи с этим выходная частота ФП нестабильна. Кроме того, для изменения частоты необходимо изменить одновременно п элементов, где .п > 10. Это затрудняет реализацию ФП в целом, однако переходный процесс в данном случае будет минимальным.

Отмечалось, что ФП можно получить на основе орто­ гональных функций с помощью ограничения числа членов ряда. Используем, например, полином Чебышева. Из урав­