Фазосдвигающее устройство
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
< >826517 (61) Дополнительное к авт. саид-ву 9657541 (22) Заявлено 15.08,79 (21) 2810081/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Опубликовано 3004.81. Бюллетень Ио 16
Дата опубликования описания 3004.81 (51)М. К„.з
Н 02 М 1/08
Н 02 Р 13/16
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 314. 252 (088. 8) >
/.
)
1 (72) Автор изобретению
Л.Д. Огороднийчук (71) заявитель (54 ) ФАЗОСДВИГАКЩЕЕ УСТРОИСТВО
Изобретение, относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике.
По основному авт.св. 9657541 известно фаэосдвигающее устройство .5 (ФСУ), используемое преимущественно в преобразовательной технике для одновременного формирования двух сигналов с одинаковыми, постоянными по уровню, фазонеэависимыми амплитудами 10 и зеркально-симметричными фазовыми сдвигами относительно начальной фазы входного сигнала, а также формирования третьего выходного сигнала с регулируемой амплитудой и синфазного 15 с входным снгналом постоянной амплитуды. Регулировку начальной фазы этих сигналов осуществляют изменением начальной фазы входного сигнала. Это устройство содержит фазовращатель с 20 блоком управления, три смесителя, четыре фильтра, генератор и первый сумматор. Выход первого смесителя через первый фильтр и второй смеситель соединен со вторым фильтром и 25 через третий фильтр и третий смеситель соединен с четвертым фильтром, выход генератора подключен непосредственно к вторым входам второго и третьего смесителей и через фазовра 30 щатель — к второму входу первого смесителя, а первый сумматор подключен к выходам второго и четвертого фильтров 1) .
Число задач, решаемых с помощью основного изобретения, ограничено, в частности, оно не обеспечивает получение регулируемых по амплитуде сигналов, находящихся в квадратуре, что является его недостатком.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей (т.е. числа решаемых задач) и автоматизации установки заданного отношения.
Укаэанная цель достигается тем, что фазосдвигающее устройство (ФСУ) снабжено связанными между собой фаэоинвертором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, второй вход второго сумматора — к выходу четвертого фильтра.
С целью дополнительного расширения функциональных возможностей ФСУ дополнительно снабжено третьим и четвертым сумматорами и вторым.фазоинвертором, который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом — к второму входу третьего сумматора, первый вход которого подклю826517 чен к выходу второго фильтра, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фаэоинверторов.
Кроме того, с целью автоматизации установки заданного отношения амплитуд выходных сигналов, ФСУ снабжено амплитудным дискриминатором (содержащим датчик отнссаения амплитуд), входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход — к управляющему входу блока управления фазовращателя.
10, На чертеже приведена структурная схема ФСУ. В устройство входят смесители 1, 2, 3, фильтры 4, 5, б, 7, фазовращатель 8 генератор 9 сумматою I
1 ры 10, 11 и фаэоинвертор 12. Причем, фильтр 4 настроен на суммарную комбинационную частоту продуктов преобразования и включен между смесителем 1 и .смесителем- 2, фильтр 5 настроен на разностную комбинационную частоту и 20 включен между смесителем 1 и смесителем 3, фильтры б и 7 настроены на комбинационные частоты, равные частоте входного сигнала и включены на выходах соответственно смесителей 2 и 3, генератор 9 подключен к второму входу смесителя 1 через фазовращатель 8 и к вторым входам смесителей
2 и 3 — непосредственно, сумматор 10 подключен к выходам фильтров 6 и 7, сумматор 11 вторым входом подключен к выходу фильтра 7, а фазоинвертор
12 включен между выходом фильтра 6 и,первым входом сумматора 11. Входом ФСУ является первый вход смесителя 1, а выходами — выходы фильтров б и 7, а также выходы сумматоров 10 и 11, причем, два последовательных выхода являются выходами квадратурных сигналов.
Режим работы ФСУ выбирают таким, 40 при котором уровень сигнала на входе ФСУ, т.е. На входе смесителя 1, и уровень напряжения генератора 9 постоянны, что обеспечивает высокую точнОсть фОрмирОВания сигналОв пО амплитуде и угловому положению. Будем также считать, что модули и фазы коэффициентов передачи каналов одинаковы, это позволяет не учитывать их влияния при анализе ФСУ. %0
Генератор 9 является общим гетеродином для всех трех смесителей
ФСУ. Он формирует гармоническое гетеродинное напряжение постояной амплитуды, которое поступает на вторые входы смесителей 2 и 3 непосредственно и на второй вход смесителя
1 — через фазовращатель 8. С помощью фазовращателя 8 изменяют на величину
М начальную фазу поступающего иа смеситель 1 напряжения генератора 9. ф9
На первый вход смесителя, который является входом ФСУ, поступает гармонйческий сигнал постоянной амплитуды. В результате линейного преобразования на выходе смесителя 1 по- 65 лучают сигналы комбинационных частот с одинаковыми, постоянными амплитудами и зеркально-симметричными фазовыми сдвигами,. С помощью фильтров
4 и 5 обеспечивают частотное разделение компонент комбинационных сигналов. Для определенности предположим, что фильтр 4 выделяет сигырл суммарной комбинационной частотй, а фильтр 5 — сигнал раэностной комби национной частоты. Выделенные компоненты поступают соответственно на первы входы смесителей 2 и 3, в которых подвергаются линейному преобразованию. В результате преобразования на выходе смесителей 2 и 3 получают сигналы комбинационных частот, причем, частота одного компонента в каждом иэ двух случаев равна частоте входного сигнала. Фильтры 6 и 7 настроены на сигналы комбинационных частот, равные частоте входного сигнала, и выделяют их. Поэтому на выходах фильтров б и 7 будут иметь место сигналы, которые можно представить соответственно выражениями
v1- VV ÑîÌÓß 4× +4) (1)
U„= ЧЧ „ t:oS (сеЬ+Ч - Ч) (2.) где V,, Ч вЂ” соответственно ампли. туда, частота и фаза входного сигнала; амплитуда напряжения генератора 9;
Ч вЂ” фазовый сдвиг, задаваемый фазовращателем 8.
Сигналы (1) и (2) обладают следующими свойствами.
1. Амплитуды прямо пропорциональны амплитуде входного сигнала (поскольку амплитуда напряжения генератора 9 является постоянной) °
2. Амплитуды равны между собой и не зависят от фазовых сдвигов.
3. Частота равна частоте входного сигнала.
4. Аргументы ие зависят от начальной фазы напряжения генератора 9, но полностью содержат начальную фазу входного сигнала, т.е. при = 0 выходные сигналы синфазны входному сигналу. Это позволяет регулировать начальную фазу сигналов (1) и (2).изменением начальной фазы входного сигнала.
5. Начальные фазы сигналов (1) и (2) по отношению к начальной фазе входного сигнала изменились на одинаковую величину Ч, задаваемую фаэовращателем 8> но знаки этого изменения противоположны, т.е. расположение выходных сигналов зеркально-симметричное относительно входного сигнала.
6. Взаимный фазовый сдвиг между сигналами (1) и (2) составляет 2М что ослабляет требования к максимальному значению фазового сдвига, вносимого фазовращателем 8.
826517
Из сигналов (1) и (2) формируют два выходных сигнала, находящихся в квадратуре, т.е. такие, фазовый сдвиг .между которыми равен 90О. Для этого сигнал (1) суммируют с сигналом (2) в сумматоре 10 и получают выходной сигнал
2V COSu СОВ(в y), (3) а также суммируют их -в сумматоре 11 после инвертирования сигнала (1) в фазоинверторе 12 и получают выходной сигнал
0 =1Мк . зж Чс08 (ОФЕ+ч -яО ) (4)
Из сравнения выходных сигналов .(3) и (4) следует, что: их амплитуды зависят только от фазо,вого сдвига, вносимого фазовращателем
8, поскольку уровни входного сигнала и напряжения генератора 9 являются постоянными величинами; при изменении величины амплитуда сигнала (3) изменяется по косинусоидальному закону, а амплитуда сигнала (4) — по синусоидальному закону, а их отношение — по закону тангенса или котангенса; начальная фаза сигнала (3) равна начальной фазе входного сигнала, а начальная фаза сигнала (4) отличается .от начальной фазы сигнала (3) и входного сигнала на 90, т.е. выходные сигналы (3) и (4) находятся в квадратуре. Основной причиной отклонения разности фаз сигналов (3) и (4) от 90 является неравенство амплитуд сигналов (1) и (2). Однако преимущество схемы предложенного ФСУ как раз и состоит в том, что она обеспечивает автоматическое поддержание равенства амплитуд сигналов (1) и (2).
Поэтому квадратура сигналов (3) и (4) также обеспечивается автоматически, т.е. при изменении фазы Ч фазовращателем 8 балансировка схемы, а следовательно, и квадратура сигналов (3) и (4) сохраняются.
Максимально облегченные условия формирования сигналов (1) и (2) обеспечивает получение сдвига фаз между сигналами (3) и (4) с высокой точностью. Кроме того, ФСУ обеспечивает возможность установки различных yposней сигналов (3) и (4) в широком динамическом диапазоне амплитуд при сохранении постоянной разности фаз
90 между ними..Эти ценные свойства существенно расширяют функциональные возможности ФСУ и область его применения.
На выходе ФСУ можно обеспечить четыре сигнала, находящиеся в квадратуре. Рассмотрим два варианта их получения °
Первый вариант состоит в том, что ФСУ дополнительно снабжено тре,тьим и четвертым сумматорами и вторым фазоинвертором (не показаны) .
Второй фаэоинвертор входом подключен к выходу фильтра 7, а выходом — к второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу фильтра 6, а четвертый сумматор
5 входами подключен к выходам фазоинверторов, чричем, выходы третьего и четвертого сумматоров также являются выходами квадратурных сигналов ФСУ.
Сигнал (1) суммируют с сигналом (2) после инвертирования последнего и на выходе третьего сумматора полу-. чают выходной сигнал
U(=21 У - sinЧ щ(шФ+м-ятО ) (5)
В четвертом сумматоре суммируют
1 сигналы (1) и (2) после инвертирова,ния каждого из них. В результате получают выходной сигнал
О = ЛЧ cogucaS(uut. Ю-48о ) (Ь)
Поскольку сигнал (6) противофазен
QQ сигналу (3). а сигнзл (5) противофазен сигналу (4), то полученные сигналы (3)- (6) находятся в квадратуре.
Амплитуды противофаэных сигналов одинаковы и изменяются по одному и тому же закону. Высокая фазовая стабильность и возможность синхронного изменения амплитуд противофазных сигналов позволяет дополнительно расширить круг решаемых задач с помощью
ФСУ.
Второй вариант состоит в том, что полученную первую пару квадратурных сигналов (3) и (4) инвертируют, для чего йа выходах сумматоров 10 и
11 следует включить инверторы.
Для обеспечения автоматической установки наперед заданных уровней выходных сигналов (3) †(6) в ФСУ вводят амплитудный дискриминатор (не показан), который входами подключен
40 к выходам сумматоров 10 и 11, а выходом — к блоку управления фазовращателя 8. Поступающие на входы амплитудного дискриминатора выходные сигналы ФСУ (3) и (.4) сравниваются по амплитуде. По разностному сигналу или по отношению уровней сигналов формируют напряжение ошибки., которое с выхода амплитудного дискриминатора поступает на вход блока управления фазовращателя 8 и изменяет его состояние, т ° е. изменяет начальную фазу поступающего на смеситель .1 напряжения генератора 9 до получения напряжения ошибки нулевого значения.
Нулевому напряжению ошибки соответствуют такие уровни выходных сигналов ФСУ, какие заданы датчиком уровней (делителем, аттенюатором), находящимся, например, в амплитудном дискриминаторе.
Из анализа предложенного ФСУ следует, что оно состоит из серийно выпускаемых в различных частотных диапазонах узлов, к которым предъявляются легко выполнимые требования.
Схема ФСУ отличается простотой в нэ-, 826517
Формула изобретения
Составитель О. Наказная
Редактор П.Макаревич Техред Н.Майорош Корректор Н. Швыдкая
Заказ 2532/77 .Тираж 730 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул.Проектная, 4 готовлении, настройке и использовании.
1. Фазосдвигающее устройство по авт.св. 9657541, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей оно снабжено фазоинвертором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, входы второго сумматора — к выходу четвертого фильтра и к выходу фазоинвертора.
2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью дополнительного расширения функциональных возможностей оно снабжено третьим и четвертым сумматорами и вторым фаэоинвертором, который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом — ко второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго фильтра, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фаэоинверторов.
3. Устройство norm. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации установки заданного отношения амплитуд .выходных сигналов, оно снабжено амплитудным дискриминатором, входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - ко входу блока управления фазовращателя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р657541, кл. Н 02 М 1/08, 1976.