Принципы построения низкочастотных цифровых генераторов

К генератору (или формирователю стимулирующих воздействий) синусоидальной формы предъявляются определенные, иногда достаточно высокие, требования по коэффициенту гармоник, диапазону задания частоты и амплитуды выходного сигнала, их стабильности и плавности, перестройке частоты и др. Преимущества цифровых генераторов перед аналоговыми: они удобнее в эксплуатации, имеют более высокое быстродействие, простую установку требуемой частоты, более наглядную индикацию. Цифровые генераторы позволяют осуществить автоматическую перестройку частоты по заданной программе; работать в системе с цифровыми средствами обработки информации. Наиболее перспективными в этом отношении являются генераторы, построенные на принципе цифроаналогового преобразования. В цифровых генераторах реализуется метод формирования квазисинусоидальных сигналов при помощи ЦАП. Метод состоит в том, что синусоидальный сигнал u(t_i) = U_max sin(wt_i) аппроксимируется с известной степенью точности кусочно-ступенчатым сигналом, мало отличающимся от синусоидального сигнала (рис. 8. 5).

Рис. 8. 5. Аппроксимирующая кривая

При этом возможны три варианта формирования кусочно-ступенчатого сигнала:

- с равномерным расположением узлов аппроксимации по времени (DT_i = const);

- с равноотстоящими узлами аппроксимации по уровню (Du_i = const);

- с оптимальным (неравномерным) выбором узлов аппроксимации по времени и уровню (DT_i = var; Du_i = var).

При периоде Т синусоидального напряжения и шаге дискретизации DТ число ступеней m = Т/DТ. Чем больше число ступеней, тем лучше аппроксимация. Уравнение ступенчатой кривой u(iDT) = Umax × sin(i2p/m). Упрощенная структурная схема устройства, формирующего ступенчатую кривую, представлена на рис. 8. 6.

Рис. 8. 6. Устройство формирования ступенчатой кривой

Кварцевый генератор вырабатывает короткие импульсы с периодом следования Т_и. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления k получается новая последовательность импульсов с периодом следования DТ = kT_и, равным шагу дискретизации. Импульсы поступают в счетчик емкостью m. Кодовая комбинация, определяемая числом i импульсов, накопленных в счетчике, передается в ЦАП, где преобразовывается в аналоговый гармонический сигнал, соответствующий числу i, т.е. u(iDT) = U_max × sin(i2p/m). Таким образом формируются m ступенек. После накопления m импульсов счетчик переполняется и сбрасывается в нуль. Формирование нового периода ступенчатой кривой начинается с приходом (m + 1)-го импульса. Изменяя шаг дискретизации, можно изменять частоту формируемого сигнала. Информация о значении частоты сформированного сигнала выдается на цифровой индикатор генератора.