Система автоматической регулировки амплитуды колебаний для однокольцевого RC-автогенератора
Аннотация
RC-автогенераторы (RC–АГ) гармонических колебаний давно известны и используются в различных областях радиотехники. Они нашли применение в медицинской технике, различных датчиках, измерительной технике и пр. Основными их достоинствами при работе в диапазоне от коротких до длинных волн являются малые габариты, простота и дешевизна изготовления, возможность широкой перестройки частоты и др. В предыдущих работах рассмотрены варианты построения таких схем, в том числе самых простых из них — однокольцевых RC–АГ. Показано, что основным недостатком АГ такого типа при формировании сигналов, близких к гармоническим, является необходимость работы с очень малым запасом по самовозбуждению. Увеличение запаса ведет к неизбежному росту высших гармоник, искажению выходного сигнала и срыву колебаний, поэтому для получения устойчивого стационарного режима необходимо прибегать к дополнительным приемам. Одним из таких приемов является автоматическая регулировка амплитуды (АРА). Ввод схемы АРА позволяет управлять амплитудой выходного сигнала генератора, позволяя тем самым увеличить запас по самовозбуждению в начальный момент времени и возвращать амплитуде нужное значение в установившемся режиме. Представлен вариант построения такой системы на примере однокольцевого автогенератора с мостом Вина в цепи обратной связи. Важной задачей при проектировании систем с АРА является анализ их устойчивости и выбор постоянных времени функциональных узлов, входящих в систему. Существует много методов для исследования устойчивости системы АРА и всех их объединяет необходимость составления дифференциальных уравнений (ДУ) системы. Приведен вариант решения такой задачи. Получена система дифференциальных уравнений, описывающая работу автогенератора с системой АРА. С помощью нее, используя критерий устойчивости Гурвица, решен вопрос выбора постоянной времени фильтра нижних частот (ФНЧ) амплитудного детектора (АД), входящего в систему АРА. Показано, что выбор постоянной времени ФНЧ АД ограничен, с одной стороны, требованиями к работе амплитудного детектора, с другой, — обеспечением быстрой реакцией системы АРА на изменение амплитуды напряжения генератора. Получены временные диаграммы реакции системы на изменение амплитуды напряжения генератора и фазовый портрет системы.
Литература
2. Гулин А.И. Проектирование многозвенных RC-генераторов // Известия вузов. Серия «Приборостроение». 2012. Т. 56. № 3. С. 14—18.
3. Ларина Е.А., Леонидов В.В., Москалев Н.С. Методика проектирования цифровых систем управления на базе AVR-микроконтроллеров // Международ. науч.-исслед. журнал. 2016. № 6-2 (48). С. 87—94.
4. Набиев Р.Н., Гараев Г.И., Рустамов Р.Р. Сравнительный анализ электрических систем емкостных датчиков // Известия ЮФУ. Серия «Технические науки». 2017. № 3 (188). С. 51—64.
5. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Дроздова Е.М. Режимные и шумовые характеристики RC-автогенераторов гармонических колебаний // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях: Труды Междунар. науч.-техн. семинара. М.: ООО «Брис-М», 2013. С. 35—37.
6. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Дроздова Е.М. Исследование режимных и шумовых характеристик RC-автогенераторов гармонических колебаний методом укороченных символических уравнений С.И. Евтянова // Вестник МЭИ. 2013. № 5. С. 76—82.
7. Соловьев В.А., Лещев М.С., Азаров В.С. Цифровая коррекция инфракрасных изображений с целью улучшения наблюдения малоразмерных летательных аппаратов // Новая наука: современное состояние и пути развития: Междунар. науч. периодическое издание по итогам Междунар. науч.-практ. конф. Стерлитамак: АМИ, 2016. Ч. 2. С. 211—215.
8. Филимонов В.А. Разработка алгоритма автоматической регулировки усиления для речевого сигнала // Цифровая обработка сигналов. 2017. № 4. С. 63—66.
9. Котлинский С.В., Павлов В.А. Модель автоматической регулировки усиления приемника канала радиосвязи в среде схемотехнического моделирования Advanced Design System (ADS) // Перспективы развития науки и образования: Сборник науч. трудов по материалам XIV Междунар. науч.-практ. конф. М.: ИП Тугольков А.В., 2017. С. 52—60.
10. Кононов А.Д., Кононов А.А. Информационная система определения координат для автоматического управления движением технологических машин строительного комплекса // Научный вестник Воронежского гос. архитектурно-строительного ун-та. Серия «Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах». 2016. № 7. С. 52—57.
11. Валиуллин Д.Р., Захаров П.Н. Экспериментальные исследования эквалайзера на основе нейронных сетей с обучением в многолучевом радиоканале // Журнал радиоэлектроники. 2017. № 12 [Электрон. ресурс] http://jre.cplire.ru/jre/dec17/10/text.pdf (дата обращения 02.02.2018).
12. Соловьева Е.Б. Методы линеаризации характеристик усилителей мощности // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. № 9. С. 41—47.
13. Ильясов Б.Г., Саитова Г.А., Халикова Е.А. Управление неустойчивыми объектами в составе многосвязной автоматической системы // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1–2. С. 90.
14. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. М.: Наука, 1984.
15. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Спб.: БХВ-Петербург, 2016.
16. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 2010.
17. Ильин А.В. и др. Математические методы теории управления. Проблемы устойчивости, управляемости и наблюдаемости. М.: Физматлит, 2014.
18. Цветкова О.Л. Теория автоматического управления. М.: Директ-Медиа, 2016.
19. Евтянов С.И. Избранные статьи. М: Издат. Дом МЭИ, 2013.
---
Для цитирования: Торина Е.М. Система автоматической регулировки амплитуды колебаний для однокольцевого RC-автогенератора // Вестник МЭИ. 2018. № 5. С. 152—157. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-152-157.
#
1. Hasanova Eh.Sh., Gulin A.I., A.N. Krasnov A.N. Metodika Izmereniya Temperaturnyh Polej Apparatov Vozdushnogo Ohlazhdeniya Gaza. Problemy Avtomatizacii Tekhnologicheskih Processov Dobychi. Transporta i Pererabotki Nefti i Gaza: Sbornik Trudov IV Vseross. Zaoch. Nauch.-prakt. Internet-konf. Ufa: UGNTU, 2016;1:46—50. (in Russian).
2. Gulin A.I. Proektirovanie Mnogozvennyh RC-Generatorov. Izvestiya Vuzov. Seriya «Priborostroenie». 2012;56;3:14—18. (in Russian).
3. Larina E.A., Leonidov V.V., Moskalev N.S. Metodika Proektirovaniya Cifrovyh Sistem Upravleniya na Baze AVR-mikrokontrollerov. Mezhdunarod. Nauch.- issled. Zhurnal. 2016;6-2 (48):87—94. (in Russian).
4. Nabiev R.N., Garaev G.I., Rustamov R.R. Sravnitel'nyj Analiz Ehlektricheskih Sistem Emkostnyh Datchikov. Izvestiya YUFU. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2017;3 (188):51—64. (in Russian).
5. Kuleshov V.N., Boldyreva T.I., Drozdova E.M. Rezhimnye i Shumovye Harakteristiki RC-avtogeneratorov Garmonicheskih Kolebanij. Sistemy Sinhronizacii, Formirovaniya i Obrabotki Signalov v Infokommunikaciyah: Trudy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Seminara. M.: OOO «Bris-M», 2013:35—37. (in Russian).
6. Kuleshov V.N., Boldyreva T.I., Drozdova E.M. Issledovanie Rezhimnyh i Shumovyh Harakteristik RC- avtogeneratorov Garmonicheskih Kolebanij Metodom Ukorochennyh Simvolicheskih Uravnenij S.I. Evtyanova. Vestnik MPEI. 2013;5:76—82. (in Russian).
7. Solov'ev V.A., Leshchev M.S., Azarov V.S. Cifrovaya Korrekciya Infrakrasnyh Izobrazhenij s Cel'yu Uluchsheniya Nablyudeniya Malorazmernyh Letatel'nyh Apparatov. Novaya Nauka: Sovremennoe Sostoyanie i Puti Razvitiya: Mezhdunar. Nauch. Periodicheskoe Izdanie po itogam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Sterlitamak: AMI, 2016;2:211—215. (in Russian).
8. Filimonov V.A. Razrabotka Algoritma Avtomaticheskoj Regulirovki Usileniya dlya Rechevogo Signala. Cifrovaya Obrabotka Signalov. 2017;4:63—66. (in Russian).
9. Kotlinskij S.V., Pavlov V.A. Model' Avtomaticheskoj Regulirovki Usileniya Priemnika Kanala Radiosvyazi v Srede Skhemotekhnicheskogo Modelirovaniya Advanced Design System (ADS). Perspektivy Razvitiya Nauki i Obrazovaniya: Sbornik Nauch. Trudov po Materialam XIV Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: IP Tugol'kov A.V., 2017:52—60. (in Russian).
10. Kononov A.D., Kononov A.A. Informacionnaya Sistema Opredeleniya Koordinat dlya Avtomaticheskogo Upravleniya Dvizheniem Tekhnologicheskih Mashin Stroitel'nogo Kompleksa. Nauchnyj Vestnik Voronezhskogo Gos. Arhitekturno-stroitel'nogo Un-ta. Seriya «Informacionnye Tekhnologii v Stroitel'nyh, Social'nyh i Ehkonomicheskih Sistemah». 2016;7:52—57. (in Russian).
11. Valiullin D.R., Zaharov P.N. Eksperimental'nye Issledovaniya Ehkvalajzera na Osnove Nejronnyh Setej s Obucheniem v Mnogoluchevom Radiokanale. Zhurnal Radioehlektroniki. 2017;12 [Elektron. Resurs] http:// jre.cplire.ru/jre/dec17/10/text.pdf (Data Obrashcheniya 02.02.2018). (in Russian).
12. Solov'eva E.B. Metody Linearizacii Harakteristik Usilitelej Moshchnosti. Izvestiya SPbGEHTU «LEHTI». 2015;9:41—47. (in Russian).
13. Il'yasov B.G., Saitova G.A., Halikova E.A. Upravlenie Neustojchivymi Ob′ektami v Sostave Mnogosvyaznoj Avtomaticheskoj Sistemy. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya. 2015;1–2:90. (in Russian).
14. Kapranov M.V., Kuleshov V.N., Utkin G.M. Teoriya Kolebanij v Radiotekhnike. M.: Nauka, 1984. (in Russian).
15. Yurevich E.I. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. Spb.: BHV-Peterburg, 2016. (in Russian).
16. Gantmaher F.R. Teoriya Matric. M.: Fizmatlit, 2010. (in Russian).
17. Il'in A.V. i dr. Matematicheskie Metody Teorii Upravleniya. Problemy Ustojchivosti, Upravlyaemosti i Nablyudaemosti. M.: Fizmatlit, 2014. (in Russian).
18. Cvetkova O.L. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Direkt-Media, 2016. (in Russian).
19. Evtyanov S.I. Izbrannye Stat'i. M: Izdat. Dom MPEI, 2013. (in Russian).
---
For citation: Torina Е.М. The Automatic Amplitude Control System for a Single-Loop RC Oscillator. MPEI Vestnik. 2018;5:152—157. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-152-157.
