ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифроаналоговых устройствах, где необходим регулируемый фазовый сдвиг.

Известен фазовращатель, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого является сигнальным входом фазовращателя, последовательно соединенные первый блок сброса интегратора, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, первый интегратор, первый компаратор и первый дифференциатор, последовательно включенные инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, второй блок сброса интегратора, второй интегратор, второй компаратор и второй дифференциатор, RS-триггер, и R-вход и S-вход которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциаторов, фильтр первой гармоники, вход которого соединен с выходом RS-триггера, а выход является выходом фазовращателя, источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторыми входами интеграторов, и источник управляющего напряжения, выход которого соединен с вторыми входами компараторов [1].

Недостатком этого фазовращателя является относительно узкий диапазон регулирования фазы сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цифроаналоговый фазовращатель, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого является сигнальным входом фазовращателя, интегратор, источник постоянного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом интегратора, блок сброса интегратора, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с входом сброса интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, цифроаналоговый преобразователь, входы которого являются входами разрядов кода сдвига фазы, а выход соединен с вторым входом компаратора, дифференциатор, вход которого соединен с выходом компаратора, элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, а второй - с входом старшего разряда кода сдвига фазы, элементы И и ЗАПРЕТ, первые входы которых соединены с выходом дифференциатора, а вторые - с выходом элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ, а S-вход - с выходом элемента И, и фильтр первой гармоники, вход которого соединен с выходом RS-триггера, а выход является выходом фазовращателя [2].

Недостатком этого фазовращателя является относительно низкая точность при малых фазовых сдвигах, обусловленная инерционностью интегратора. Дело в том, что за время действия импульса сброса напряжение на выходе интегратора не успевает измениться от максимального уровня до нуля, поэтому в течение некоторого промежутка времени, соответствующего импульсу сброса, напряжение на выходе интегратора фактически не нарастает линейно от нуля, а спадает от максимума до некоторого уровня, определяемого длительностью импульса сброса. Это при малом требуемом фазовом сдвиге приводит к существенной погрешности его установки.

Целью изобретения является повышение точности фазовращателя при малых фазовых сдвигах.

Цель достигается тем, что в известный цифроаналоговый фазовращатель, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого является входом фазовращателя, интегратор, источник постоянного напряжения, блок сброса интегратора, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с входом сброса интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, цифроаналоговый преобразователь, входы которого являются входами разрядов кода сдвига фазы, а выход соединен с вторым входом компаратора, дифференциатор, вход которого соединен с выходом компаратора, элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, второй вход которого соединен с входом старшего разряда кода сдвига фазы, и фильтр первой гармоники, выход которого является выходом фазовращателя, введены переключатель полярности, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, управляющий вход - с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с сигнальным входом интегратора, и ждущий мультивибратор, вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход - с первым входом элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, выход которого соединен с входом фильтра первой гармоники.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого фазовращателя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифроаналоговый фазовращатель содержит усилитель-ограничитель 1, блок 2 сброса интегратора, интегратор 3, компаратор 4, переключатель 5 полярности, источник 6 постоянного напряжения, цифроаналоговый преобразователь 7, дифференциатор 8, ждущий мультивибратор 9, элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10 и фильтр 11 первой гармоники.

Вход усилителя-ограничителя 1 соединен с сигнальным входом фазовращателя, а выход - с входом блока 2 и управляющим входом переключателя 5, сигнальный вход которого соединен с выходом источника 6, а выход - с сигнальным входом интегратора 3. Вход сброса интегратора 3 соединен с выходом блока 2, а выход - с первым входом компаратора 4, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 7, соединенного своими входами с входами разрядов кода сдвига фазы. Компаратор 4, дифференциатор 8 и мультивибратор 9 соединены последовательно. Первый вход элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10 соединен с выходом мультивибратора 9, второй - с входом старшего разряда кода сдвига фазы, а выход - с входом фильтра 11, выход которого соединен с выходом фазовращателя.

Цифроаналоговый фазовращатель работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение с периодом Т (фиг.2,а), поступающее на сигнальный вход фазовращателя, преобразуется усилителем-ограничителем 1 в импульсы прямоугольной формы типа "меандр" (фиг.2,б), которые поступают в блок 2 и на управляющий вход переключателя 5.

Блок 2 по передним фронтам поступивших на его вход импульсов формирует короткие импульсы (фиг.2,в), которые поступают на вход сброса интегратора 3.

На сигнальный вход переключателя 5 поступает с выхода источника 6 напряжение постоянного уровня положительной полярности. Под действием управляющего сигнала с выхода усилителя-ограничителя 1 переключатель 5 подключает сигнал с выхода источника 6 к сигнальному входу интегратора 3 без изменения полярности в промежутки времени, соответствующие положительным полуволнам входного напряжения, и с изменением полярности в промежутки времени, соответствующие отрицательным полуволнам входного напряжения.

Интегратор 3 интегрирует поступающий на его сигнальный вход прямоугольный разнополярный сигнал (фиг.2, г), в результате чего на его выходе формируется однополярное треугольное напряжение постоянной амплитуды с периодом Т следования (фиг.2,д). Максимумы этого напряжения соответствуют задним фронтам импульсов с выхода усилителя-ограничителя 1, а нулевой уровень - импульсам с выхода блока 2. Импульсы с выхода блока 2 обеспечивают принудительный сброс сигнала на выходе интегратора 3 до нулевого уровня в моменты изменения отрицательной полярности напряжения на сигнальном входе интегратора 3 на положительную, если по каким-либо причинам сигнал на выходе интегратора 3 в эти моменты времени не равен нулю.

Напряжение с выхода интегратора 3 поступает на первый вход компаратора 4, на второй вход которого поступает постоянное напряжение с выхода преобразователя 7, преобразующего поступающий на его входы код сдвига фазы в аналоговый сигнал. Поступившие на первый и второй входы компаратора 4 сигналы сравниваются по уровню. В результате сравнения на выходе компаратора 4 формируется последовательность прямоугольных импульсов (фиг.2,е), передние фронты которых задержаны относительно передних фронтов выходных импульсов усилителя-ограничителя на время τ, соответствующее величине требуемого фазового сдвига и лежащее в пределах 0-Т/2, что соответствует требуемому фазовому сдвигу в пределах 0-180^о.

Дифференциатор 8 формирует короткие импульсы в моменты времени, соответствующие передним фронтам выходных импульсов компаратора 4. Импульсы с выхода дифференциатора 8 (фиг.2,ж) поступают на вход мультивибратора 9.

Мультивибратор 9 по поступившим на его вход импульсам формирует прямоугольные импульсы длительностью Т/2. В результате на его выходе формируется сигнал (фиг.2,з), повторяющий по форме сигнал на выходе усилителя-ограничителя 1, но задержанный относительно него на время τ.

Сигнал с выхода мультивибратора 9 поступает на первый вход элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10, на второй вход которого поступает управляющий сигнал с входа старшего разряда кода сдвига фазы. Если значение старшего разряда кода сдвига фазы соответствует логическому "0", то элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10 пропускает сигнал со своего входа на вход фильтра 11 без изменения. Фильтр 11 выделяет первую гармонику поступившего на его вход сигнала, поэтому на его выходе и выходе фазовращателя формируется синусоидальный сигнал (фиг. 2, и), задержанный относительно входного синусоидального сигнала на время τ, соответствующее фазовому сдвигу в пределах 0-180^о. Если же значение старшего разряда кода сдвига фазы соответствует логической "1", то элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10 передает сигнал с выхода мультивибратора 9 на вход фильтра 11 логически инверсным. В этом случае на выходе элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10 и входе фильтра 11 формируется сигнал, повторяющий по форме сигнал с выхода усилителя-ограничителя 1, но задержанный относительно него на время Т/2+ τ, а на выходе фильтра 11 формируется синусоидальный сигнал, сдвинутый по фазе относительно входного сигнала фазовращателя на угол, лежащий в пределах 180-360^о.

Таким образом, в предлагаемом фазовращателе, как и в прототипе, обеспечивается требуемый фазовый сдвиг в пределах 0-360^о. Однако в предлагаемом фазовращателе, в отличие от прототипа, не осуществляется разряд конденсатора интегратора от максимального уровня до нуля, поэтому закон изменения напряжения на выходе интегратора даже при малых уровнях этого напряжения близок к линейному. Это обеспечивает предлагаемому фазовращателю при малых фазовых сдвигах более высокую, чем у прототипа, точность.

Использование: радиотехника, регулирование фазового сдвига. Сущность изобретения: устройство содержит усилитель-ограничитель 1, интегратор 3, блок сброса 2 интегратора, компаратор 4, переключатель полярности 5, источник постоянного напряжения 6, ЦАП 7, дифференциатор 8, ждущий мультивибратор 9, элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ 10, фильтр первой гармоники 11. 2 ил.

ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого является входом фазовращателя, интегратор, источник постоянного напряжения, блок сброса интегратора, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с входом сброса интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с выходом интегратора, цифроаналоговый преобразователь, входы которого являются входами разрядов кода сдвига фазы, а выход соединен с вторым входом компаратора, дифференциатор, вход которого соединен с выходом компаратора, элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, второй вход которого соединен с входом старшего разряда кода сдвига фазы, и фильтр первой гармоники, выход которого является выходом фазовращателя, отличающийся тем, что в него введены переключатель полярности, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, управляющий вход - с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с сигнальным входом интегратора, и ждущий мультивибратор, вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход - с первым входом элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, выход которого соединен с входом фильтра первой гармоники.