Acondicionador de señal de triángulo aditivo
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Nudos de equipos de radioaficionados. Generadores, heterodinos
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La posibilidad de sintetizar una señal triangular se muestra añadiendo dos señales sinusoidales de diferente polaridad rectificadas por circuitos puente, una de las cuales está desfasada con respecto a la otra 90°; se dan fórmulas que describen la dinámica de los procesos de adición de señales; sobre la base de cálculos teóricos, se creó un circuito de un dispositivo que sintetiza una señal triangular.
Las señales de forma triangular generalmente se obtienen en generadores que utilizan circuitos RC de carga de tiempo, convertidores de digital a analógico o sintéticamente mediante hardware y software. En este caso, como regla general, es difícil lograr una alta linealidad y simetría de la señal generada, es posible resolver el problema debido a un aumento notable en la intensidad intelectual y de recursos del dispositivo [1–4].
Resultó ser bastante simple obtener una señal de una forma triangular casi ideal utilizando un duplicador de frecuencia, cuyo esquema se propuso a principios de los años 70 del siglo XX (comunicación privada, duplicador de frecuencia de S.I. Semenov). El principio de funcionamiento de este duplicador se basa en la adición en contrafase de dos señales sinusoidales rectificadas por circuitos puente, una de las cuales está desfasada con respecto a la otra en 90°. A pesar de la simplicidad de un duplicador de frecuencia de este tipo, hasta hace poco tiempo no se habían realizado su implementación práctica y, además, los estudios analíticos.
El modelado por computadora de la forma de las señales tomadas de la salida de dicho dispositivo mostró que a la salida del moldeador, cuando se proporciona un cambio de fase de 90°, se obtiene una señal triangular. El diagrama de bloques del generador de señal aditivo de forma triangular se muestra en la fig. 1. La dinámica de los procesos eléctricos observados en varios puntos de control del dispositivo se puede describir mediante las siguientes expresiones:
U1(t) = U0 sen(peso),
U2(t) = U0 sen(peso + 90),
U3(t) = U0 abs[sen(peso + 90)],
U4(t) = -U0 abs(sin peso),
U5(t) = U0 {abs[sen(peso + 90)] - abs(sen peso)}.
En el caso general
Uout(t) = U0 {abs[sen(peso + n90)] - abs(sen peso)}, n=1,3,5...
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Figura 1. Diagrama estructural del moldeador
Una señal sinusoidal (1), tomada de la salida del generador 1 (Fig. 1), se alimenta al desfasador 2 y al compensador de voltaje resistivo 4. Una señal sinusoidal (90) desfasada en un ángulo de 2 ° se alimenta a circuito de puente de diodo 3. La señal del compensador de voltaje 4 se alimenta al segundo circuito de puente de diodo 5 conectado hacia atrás. Por lo tanto, las señales bipolares rectificadas (3) y (5) se forman en las salidas de los circuitos de puente de diodo 3 y 4. Estas señales se suman en el sumador 6, formando así una señal de salida de forma triangular (5) en la resistencia de carga Rcarga - Los diagramas de las señales de salida con cambios de fase variables se muestran en la Fig.2.
Figura 2. Diagramas de salida
En la Fig. 3 se muestra un circuito práctico de un duplicador de frecuencia: un formador triangular. La señal de entrada de forma sinusoidal a través de la cadena de cambio de fase R1C1 se alimenta al primer puente rectificador (diodos VD1-VD4). La misma señal a través del potenciómetro R2 ("Compensación") se alimenta al segundo puente rectificador (diodos VD5-VD8).
Fig. 3. Diagrama esquemático del generador de forma de onda triangular
En las salidas de los puentes relativas al bus común se forman señales rectificadas de la doble frecuencia de la tensión bipolar. Las salidas de los puentes se conectan a través del potenciómetro R3 ("Balance"), entre cuyo motor y el bus común se conecta la resistencia de carga.
Se aplica una señal sinusoidal con una frecuencia de 3 kHz y un voltaje de 5 V a la entrada del formador (Fig. 2) El dispositivo se sintoniza ajustando sucesivamente los elementos de sintonización (resistencias R1-R3). Potenciómetro R1 ajusta el cambio de fase; R2: compensa la pérdida (atenuación) de la señal cuando la señal pasa a través de la cadena de cambio de fase; R3: equilibra la amplitud de las señales mixtas. Como resultado, se forma en la salida una señal de forma triangular de frecuencia duplicada (10 kHz).
El funcionamiento del dispositivo se probó utilizando el programa de simulación de circuitos Electronics Workbench 5.12.
Las ventajas del esquema descrito para obtener señales triangulares incluyen su simplicidad y alta linealidad de la señal de salida. Al mismo tiempo, se proporciona una señal de salida de forma triangular cercana a la ideal en una banda de frecuencia estrecha, que se debe al uso de cadenas de cambio de fase del tipo más simple, destinadas solo a demostrar el principio de funcionamiento del dispositivo. El rango de frecuencias operativas en el que el modelador es capaz de operar también está limitado por las propiedades de frecuencia de los diodos rectificadores (el límite superior corresponde aproximadamente al valor de 5 ... 10% de la frecuencia operativa límite de los diodos utilizados) .
Por lo tanto, para proporcionar la forma de señal requerida, los elementos del dispositivo deben cumplir un determinado conjunto de requisitos debido a la presencia de elementos semiconductores no lineales:
- idealidad de los rectificadores (linealidad e identidad de sus características de voltios-amperios);
- capacitancia mínima e igual de transiciones n-p (identidad de las características voltio-capacitancia).
Estos requisitos se satisfacen en parte cuando se utilizan diodos puntuales de germanio de alta frecuencia del mismo lote de producción, seleccionados de acuerdo con el criterio de características idénticas de corriente-voltaje y voltio-capacitancia, así como cuando operan en la región de frecuencias relativamente bajas (hasta unidades de kilohertz), utilizando una señal sinusoidal de gran amplitud (unidades... decenas de voltios) y trabajar en una carga adaptada.
Es posible mejorar la forma de los picos de la señal de salida (el área de voltajes bajos de las señales rectificadas, donde las propiedades no lineales de los rectificadores de semiconductores se expresan con mayor claridad) cambiando los puntos de operación de los diodos a la sección lineal del característica corriente-tensión por alimentación con corriente continua.
Literatura
- Bondar V. A. Estudio de la linealización del proceso de carga o descarga de un capacitor en generadores de voltaje linealmente variable: Resumen de la tesis. dis. Para el grado de Cand. tecnología Ciencias. - Tomsk: TPI, 1971.
- Notkin L. R. Generadores de funciones y su aplicación. - M.: Radio y comunicación, 1983.
- Graf R., Shiite V. Enciclopedia de circuitos electrónicos. T. 7.Cap. I.-M.: DMK, 2000.
- Shustov M. A. Generador de voltaje triangular modulado en fase. - Radioaficionado, 1999, N° 5.
Autor: M. A. Shustov; Publicación: radioradar.net
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Actualmente, en el campo de la investigación espacial, hay dos proyectos principales para crear naves espaciales capaces de alcanzar velocidades relativistas y alcanzar estrellas cercanas en varias décadas. Uno de ellos es el proyecto Breakthrough Starshot (un viaje a Alpha Centauri), y el segundo es el Proyecto Lyra, cuyo objetivo es interceptar y estudiar el misterioso objeto 'Oumuamua. Además de las tareas principales, estos proyectos también incluyen la creación de una red de comunicación interestelar.
Un equipo de científicos que trabajan en el marco de la Iniciativa de Investigación Interestelar llevó a cabo una investigación sobre la idea de construir un enjambre de naves espaciales que pesen solo unos pocos gramos y guiarlas hacia Próxima Centauri utilizando potentes rayos láser, manteniendo comunicación óptica con la Tierra. Durante años, el equipo ha estado trabajando para investigar las mejores formas de estudiar estrellas cercanas utilizando una flota de mil o más sondas pequeñas, informa Universe Today.
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