Преобразователь разности фаз в напряжение

Преобразователь разности фаз в напряжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем - в системах автоматической обработки информации. Цель изобретения - повышение действия преобразователя при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360 °, достигается в результате введения в известный преобразователь дополнительно одного инвертора. Кроме того, преобразователь содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 3 импульсов, формирователь 4 импульсов, формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователи 10 и 11 скважность-напряжение, интегратор 5 и дополнительно введенный инвертор 12. Преобразователь работает в диапазоне частот 10-50 МГц и обеспечивает при этом скорость изменения разности фаз до 360° за 100 мкс снижения точности преобразования. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1476403 A 2 (51)4 G O! R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1337811 (2 1) 4257986/24-21 (22) 05.06.87 (46) 30.04.89. Бюл. Р 16 (71) Институт физики им. Л.В.Киренс кого (72) А.M. Фиштейн (53) 621. 317. 772 (088. 8) (56) Фиштейн А.M. Широкодиапазонный преобразователь фаза — напряжение.

Приборы и техника эксперимента, 1975, 11 - 2, с. 144.

Авторское свидетельство СССР

11 1337811, кл. G 01 R 25/00, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ В

НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем — в системах автоматической обработки информации. Цель изобретения — повышение действия преобразователя при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360, достигается в результате введения в известный преобразователь дополнительно одного инвертора. Кроме .того, преобразователь содержит усилителиограничители 1 и 2, формирователь 3 импульсов, формирователь 4 импульсов, формирователь 6 импульсов, триггеры

7 и 8, релаксатор 9, преобразователи

10 и 1.1 скважность-напряжение, интегратор 5 и дополнительно введенный инвертор 12. Преобразователь работает в диапазоне частот 10-50 ИГц и обеспечивает при этом скорость изменения разности фаз до 360 за 100 мкс беэ снижения точности преобразования.

3 ил.

1476403

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, является дополнительным к авт. св. Р l337811, в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем и аналого-цифровым преобразователем — в системах автоматической обработки информации.

Цель изобретения — повышение быст10 родействия преобразователя при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 и 3 — диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователь

3 импульсов, формирователь 4 импульсов, интегратор 5, формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователи 10 и 11 скважность — напряжение и инвертор 12.

Входами преобразователя являются 25 входы усилителей-ограничителей 1 и 2, выходами соединенных соответственно с входами первого формирователя 3 импульсов, второго формирователя 4 импульсов и третьего формирователя 6 импульсов, последний выходом через последовательно соединенные интегратор 5 и релаксатор 9 соединен с вторым входом первого формирователя 3 импульсов и с третьим входом преобразователя 10 скважность - напряжение, первый формирователь 3 импульсов первым выходом соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом — с первым входом триггера 8, второй формирователь 4 импульсов первым выхо40 дом соединен с вторым входом триггера 7, а вторым выходом — с вторым

||входом триггера 8, выходы триггеров соединены соответственно с соединенными параллельно первыми и соединен- 45 ными параллельно вторыми входами первого 10 и второго 11 преобразователей скважность — напряжение, третий вход преобразователя 11 скважность — напряжение через инвертор 12 соединен 50 с выходом релаксатора 9, а выходы преобразователей 10 и 11 скважностьнапряжение являются выходами преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Входные сигналы U< и Ug (фиг. 2а,6} усиливаются и ограничиваются усипи-. телями-ограничителями 1 и 2. Выходное нanряжение усилителя-ограничителя 1 (фиг.2в), фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала U< (фиг.2а), поступает на вход формирователя 3 импульсов, выходные импульсы которого (фиг.2д,е) соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя. При измерении разностей фаз, удаленных от 0 и 360, импульсы, показанные на фиг.2<, поступают на шину Q, а им" пульсы, показанные на фиг.20, — на шину Е . Выходное напряжение усилителя-ограничителя 2 (фиг.2г) поступает на вход формирователя 4 импульсов.

Выходные импульсы этого формирователя (фиг.2ж,з) соответствуют переходам через нуль сигнала Ug (фиг.2б). Импульсы, показанные на фиг.2ж, поступают на шину 5, импульсы, показанные на фиг.21, — на шину 2 . Триггеры 7 и

8, на которые поступают импульсы по шинам с< и 5, о и 3 соответственно, формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами через нуль в одном направлении сигналов U< и У длительностью ht< = tq — tq u htq = 4— (фиг.2и,к). Выходные сигналы с триггеров поступают на входы преобразователя 10 скважность-напряжение, который вырабатывает напряжение, пропорциональное (6t< + gtg)/2Т, т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов триггеров (здесь.

Т вЂ” период сигналов J< и Uq).

С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сигналы (фиг.2в,г) поступают также на вход формирователя 6 импульсов, реализующего операцию

"нет-И" (возможный вариант выполнения этой операции: один из сигналов, показанных на фиг.2в,г, инвертируется и вместе с другим сигналом поступает на схему И). На выходе формирователя 6 импульсов вырабатывается последовательность импульсов, длитель- . ность которых равна временному интервалу, в течение которого положительное напряжение сигнала U< совпадает с отрицательным напряжением П<<, либо положительное напряжение Uq — с от-. рицательным напряжением U<. Импульсные последовательности с выхода формирователя 6 импульсов (длительность импульсов в этих последовательностях . равна 6t< ипи ht

I 1 476403 интегратора 5. Усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 6 импульсов и интегратор 5 образуют фаэометрический преобразователь разность фаз напряжение, реализующий принцип рабо5 ты фазометров с перекрытием. Зависимость выходного напряжения интегратора от разности фаз между U и Ug показана на фиг.3а. По уровням U и

U срабатывает релаксатор 9, вход ,которого соединен с выходом интегратора. Выходное напряжение релаксатора, зависимость которого от разности .фаз между U g u Uq показана на фиг.Зб, 15 поступает на управляющий вход формирователя 3 импульсов и преобразователей 10 и 11 скважность — напряжение. При напряжениях на входе релаксатора, меньших U, на его выходе ус- 20

t танавливается высокий логический уровень напряжения, а при напряжениях, больших U" релаксатор возвращается в состояние с низким логическим уровнем выходного напряжения. Если сигна- 25 лы зашумлены, то изломы на фиг.За отсутствуют (зависимость выходного напряжения интегратора от разности фаз между Uq u Ug показан пунктиром). Это

"мертвые эоны" преобразователя с пе30 рекрытием. Поскольку релаксатор переключается напряжениями, удаленными ат "мертвых зон", существование последних не сказывается на работе преобразователя.

При разностях фаз между U и Ug вблизи 0 и 360 (интервал Ч" — на фиг.3) выходное напряжение релаксатора 9 управляет формирователем 3 импульсов таким образом, что последовательность импульсов, показанная на фиг ° 2д, поступает на шину 6 а последовательность импульсов, показанная на фиг.2е, — на шину g . .Это может быть реализовано, например, перекрестной коммутаиией сформированных по нуль-переходам импульсов с помощью двухпозиционного переключателя (как в прототипе) либо формированием импульсов при высоком логическом уровне напряжения на выходе релаксатора из напряжения, противофазному на фиг.2в.

При этом на выходах триггеров 7 и 8 длительности импульсов равны ! I и t — t . Во время действия на уп- 5 равляющем входе формирователя 3 импульсов высокого логического уровня выходного на«ния релаксатора 9 импульсы с триггеров 7 и 8 получлют приращения по длительности, соответствуюшие заштрихованным участкам на фиг.2и и фиг.2к. Сумма этих участков по длительности равна периоду сигнала. Так как выходное напряжение преобразователя скважность — напряжение пропорционально отношению полусуммы длительностей импульсов на выходе . триггеров 7 и 8 к периоду сигнала, то вносимый при высоком логическом уровне выходного напряжения релаксатора фазовый сдвиг равен 180 (т.е. как в прототипе).

Выходное напряжение с релаксатора (фиг.Зб) поступает также на третий вход преобразователя 10 скважность— напряжение и суммируется в нем таким образом, что при высоком логическом уровне этого напряжения выходное напряжение преобразователя 10 изменяется на величину, соответствующую 180, т,е. компенсируется дополнительный фазовый сдвиг 180 . В результате зависимость напряжения на выходе преобразователя 10 от разности фаз имеет вид, показанный на фиг.Зв. Если бы компенсируюшее напряжение с выхода релаксатора 9 не подавалось на вход преобразователя 10, то выходное напряжение преобразователя имело бы вид, показанный на фиг.Зг.

При быстрых изменениях разности фаз напряжение на выходе преобразователя 10 на интервалах 9, — 4< и 4 — 6 I 4 имеет вид, показанный на фиг. Зв пунктиром. В этом интервале фазовых сдвигов преобразование разности фаз в напряжение выполняется с большой погрешностью и отсчет устройства, включенного после преобразователя, будет ошибочным. Для устранения указанной погрешности преобразования выходное напряжение релаксатора 9 через инвертор 12 (фиг,Зд) поступает на вход преобразователя !1 скважность-напряжение. Выходное напряжение преобразователя 11 показано на фиг.3е. При быстрых изменениях разности фаз это напряжение в интервале

Ч вЂ” Ю также не соответствует разнос-! ти фаз входных сигналов преобразователя.

Однако если снимать отсчеты на интервалах ц — Ч и 1 — (со второго вы- хода преобразователя, а на интервале К вЂ” с первого выход», то на интервалах 1 — 4 и - > — " „пс первому

6 147640 выходу и на интервале с - по второ.му выходу отсчеты не производятся и погрешность отсчетов на этих интервалах соответственно отсутствует.

Для того, чтобы отсчеты разности фаз по обоим выходным напряжениям преобразователя были идентичными, следует при установке нуля подать на оба его входа: один и тот же сигнал, на первом выходе установить напряжение, соответствующее нулевому фазовому сдвигу, на втором выходе — напряжение, соответствующее 360, так как о

360О соответствует фазовому сдвигу, равному нулю. При такой установке нуля преобразователя напряжения на первом и втором его выходах либо совпадают (интервалы 4„ - 9 и. 4. -Ч ), либо отличаются на величину, соответ- 20 ствующую 360 (интервалы 1 — и Ч4), что видно на фиг.Зе, где штрихпунктирной линией воспроизведено напряжение, показанное на фиг.Зв, Если из отсчета, превышающего 360 в от- 2g счетном устройстве, исключить 360, (например, сбросом или переполнением счетчика по достижении величины 360 ), то отсчет разности фаз по обоим выходам соответствует преобразуемой (измеряемой) величине. Интервалы Ч вЂ” Ц, 4 -Ч и 4 - 4 задаются выходным напряжением релаксатора, которое мо3 6 жет быть использовано также для от" счета пройденных 360 -циклов.

Предлагаемый преобразователь в диапазоне частот 10-50 ИГц допускает скорость изменения разности фаз до

360 за 100 мкс без понижения точности преобразования (вызванного конечной длительностью перепадов выходного напряжения после прохождения разностей фаз P и Vy и Р и Ц4). В сочетании с 9-разрядным АЦП такой преобразователь образует фазометр с временем измерения около 0 5 мкс, что позволяет использовать его в быстродействующих информационно-измерительных системах.

Формула из о брет ения

Преобразователь разности фаз в напряжение по авт. св. Р 1337811, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360, он дополнен инвертором, вход которого соединен с выходом релаксатора, а выход - с входом второго преобразователя скважность — напряжение, два других входа которого соединены с выходами триггеров, а выход является вторым выходом преобр аэователя, 1476403

Составитель Е.Щекин

Р

Редактор А.Ревин Техред Л.Олийнык Корректор 3 Лончакова

Заказ 2152/46 Тиваж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101