附加函數(shù)發(fā)生器 (FG) 功能
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2024-07-17 16:54:59 | 869 次閱讀
在該電路中,定時(shí)電容器C不接地,而是以差分方式懸空在電流源開(kāi)關(guān)之間。為了保持準(zhǔn)確的波形,環(huán)路后面的差分放大器必須能夠?qū)蓚€(gè)波形片段重建為連續(xù)(“無(wú)故障”)波形。HP3314A 中還使用了性能更高的差分 TWG。自對(duì)稱 FG
差分波形生成的最大優(yōu)勢(shì)在 Tek FG506 原型(從未作為產(chǎn)品推出)中得以實(shí)現(xiàn),如下圖所示。通過(guò)檢測(cè)差分波形的總和并將其放大為差分誤差,可以校正兩個(gè)定時(shí)電容器的值差異。然后,由誤差驅(qū)動(dòng) – I T 電流源,以保持波形對(duì)稱。
這種自動(dòng)對(duì)稱方案能夠在四十個(gè)十年的頻率掃描中保持對(duì)稱性,而以前的方案基本上無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一壯舉。不對(duì)稱是正弦失真的主要原因,F(xiàn)G506 采用了四十個(gè)十年的正弦掃描。
下圖所示的 FG506 框圖說(shuō)明了具有自對(duì)稱性的掃描 FG 所涉及的內(nèi)容。
如下所示,另一個(gè)亮點(diǎn)是生成指數(shù)掃描頻率(由“掃描生成”塊生成),這樣,通過(guò)使用四十倍頻正弦波(10 Hz 至 100 kHz)掃描音頻放大器或其他被測(cè)設(shè)備,可以通過(guò)觀察屏幕上的正弦波幅度在示波器屏幕上顯示波特幅值圖。指數(shù)掃描使水平示波器軸顯示為對(duì)數(shù)軸。如今,有了微控制器,這種簡(jiǎn)單的技術(shù)仍然適用,因?yàn)?FG 頻率通常超過(guò)最大 μC 中斷率。

在 Δ t間隔內(nèi),vF ( t ) 的變化率為
TWG 輸出頻率f取決于v F , 其比例因子為K F ,并且
這個(gè)一階微分方程的解為,
頻率因此呈指數(shù)變化:
在基于 μC 的 FG 中,可以使用相同的基本原理通過(guò)避免指數(shù)函數(shù)的計(jì)算來(lái)簡(jiǎn)化指數(shù)的軟件生成。相反,它來(lái)自增量函數(shù)生成。在低 FG 頻率下,對(duì)于每個(gè) FG 周期,μC 都會(huì)中斷,并且v F 會(huì)以決定頻率掃描速率的量遞增。FG 頻率很容易超過(guò)快速 μC 可以處理的頻率,因此 FG 頻率會(huì)輸入到 μC 計(jì)數(shù)器中,通過(guò)該計(jì)數(shù)器可以測(cè)量頻率并控制v F。 在掃描期間,計(jì)數(shù)器設(shè)置為每N 個(gè) 周期溢出一次,從而導(dǎo)致中斷,其中 應(yīng)用Δ v F。N 取決于掃描的低頻和高頻限制。然而,對(duì)于寬帶掃描,模擬電路仍然可行,也許是首選,以保持 μC 中的N = 1,以便在更短的時(shí)間內(nèi)掃描低頻。1 Hz 的低頻可能導(dǎo)致掃描持續(xù)數(shù)秒。附加 FG 功能
正弦整形器
除了輸出三角波和方波的基本 TWG 環(huán)路之外,正弦波也是 FG 功能的一部分。與上述 FG 電路一樣,二極管電阻網(wǎng)絡(luò)在 FG 歷史早期用作分段線性函數(shù)整形器。每個(gè)整形器的多個(gè)鉗位電路之一如下所示。
通常,三到四個(gè)這樣的電路并聯(lián),并使用一個(gè)公共輸出電阻,該電阻位于 各段的分流器R o 和地之間。通過(guò)用R調(diào)整斷點(diǎn)并用R調(diào)整 斜率,音頻頻率下的總諧波失真 (THD) 通??梢越档偷?0.1% 左右。通過(guò)使用跨線性電路,可以進(jìn)一步降低該值,并在較高頻率下保持較低值??缇€性電路基于 BJT 結(jié)的匹配以及 使用它們生成冪級(jí)數(shù)函數(shù)的能力。例如,下面顯示的電路實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)象限的正弦函數(shù)的三項(xiàng)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)。發(fā)射極耦合 BJT 對(duì)電流源是正弦級(jí)數(shù)系數(shù)的比率。
下面顯示了一個(gè)改進(jìn)和簡(jiǎn)化的四象限正弦波發(fā)生器。它由差分三角波電流驅(qū)動(dòng),輸出為差分正弦波。它由 Art Metz 開(kāi)發(fā),Tektronix 擁有一項(xiàng)已過(guò)期的專(zhuān)利。
利用該電路可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于 0.1% 的 THD 值。幅度、頻率、對(duì)稱性和門(mén)控的控制
由于 FG 電路的多功能性,用戶可以控制多個(gè)波形參數(shù)。除了電壓控制頻率 (VCF) 輸入之外,乘法器還提供幅度控制,用于對(duì)波形進(jìn)行幅度調(diào)制。兩個(gè)定時(shí)電流源允許對(duì)每個(gè)半周期進(jìn)行獨(dú)立控制。在某些 FG 中,對(duì)稱性可以通過(guò)輸入電壓來(lái)改變,但在許多 FG 中,波形選擇功能提供了一些固定的對(duì)稱性 - 通常是 10% 和 90% 的值,可產(chǎn)生斜坡、反向斜坡和脈沖。具有不對(duì)稱半周期的正弦波也是 FG 電路的副作用,盡管它們很少作為用戶選擇提供;它們作為波形的實(shí)用性令人懷疑,盡管它們確實(shí)出現(xiàn)在一些數(shù)字相位調(diào)制技術(shù)中。
有用的是通過(guò)外部電壓輸入來(lái)選通波形。波形被打開(kāi)和關(guān)閉。更有用的是 FG 波形的相位選通。Tek FG501 有一個(gè)控件,可以調(diào)整起始相位。在另一種變體中, 可以同步選通和計(jì)數(shù)N 個(gè)周期以生成N 個(gè)周期的突發(fā)脈沖。
輸出的表現(xiàn)形式可能因驅(qū)動(dòng)它的功率放大器而異。標(biāo)準(zhǔn)輸出電阻為 50 Ω。幅度范圍從快速發(fā)生器的 5 V 到多功能發(fā)生器的 +/- 20 V。輸出偏移控制增加了多功能性。FG 與 PG 的不同之處在于,幅度和偏移必須交互變化才能設(shè)置所需的高低脈沖或峰值和谷值。但是, Fgs 中的幅度處理 與 PG 中的幅度處理沒(méi)有任何不同。
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