Регулируемая мера фазовых сдвигов Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

ND

СО

сл сд

ю Изобретение относится к фазои мерительной технике и предназначен для формирования в широком диапазоне частот двух или более синусоидальных напряжений либо напряжени любой другой формы с заданным значением их амплитуды и прецизионно регулируемым фазовым сдвигом между основными гармониками напряжений. Известна регулируемая мера фазо вых сдвигов, содержащая генератор, пересчетные схемы и устройство упр ления фазовым сдвигом/ в которую для получения квазисинусоидальных напряжений введены масштабные сумматоры, связанные с выходами перес четных схем и триггерами, формирую щими импульсные последовательности симметричные относительно середины положительного и отрицательного полупериодов выходных напряжений, причем входы раздельных запусков триггеров соединены с выходами раз рядов пересчетных схем ll . . . Данная мера имеет следующие недостатки: формируются выходные нап ряжения только одной,квазисинусоидальной формы имеют место значительные нелинейные искажения выход ных напряжений, обусловленные неидентичностью значений одноименны логических уровней триггеров, а так же шс временной и температурной нес табильностями. . . Кроме того, выходная информация триггеров, формирующих импульсные последовательности, представляет собой неудобный невзвешенный код. Для установки заданного значения амплитуд выходных напряжений требую ся внешние аттенюаторы. Такие а.ттенюаторы имеют амплитудно-фазовую . погрешность, устранить которую не представляется возможным. IНаиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является регулируемая мера фазовых сдвигов, содержащая генератор импульсов, подключенный к тактовым входам пересчетных схем, входы одной из ни связаны с блоком записи кода, инфор мационные выходы ее присоединены к цифровому регистратору, который с блоком записи кода подключен к выходу другой пересчетной схемы, два делителя напряжения, два источника постоянного напряжения, два регулируемых резистора, два фильтра нижних частот и две группы ключей, причем каждый из источников соедине порознь через регулируемый резистор со входами делителей напряжения, вы ходы которых подключены к первым вх дам групп ключей, вторые входы груп ключей соединены с выходами триггер пересчетных схем, выходы каждой из групп ключей соединены между собой и подключены порознь ко входам филь ров нижних частот. Это устройство позволяет формировать синусоидальную форму выходных напряжений, а также изменять их амплитуду 2j . Однако это устройство характеризуется значительным уровнем нелинейных искажений выходных напряжений, обусловленным низкой точностью воспроизведения их мгновенных значений, а также ограниченными функциональными возможностями, так как позволяет формировать только напряжения синусоидальной формы из-за использования неудобного невзвешенного кода управления ключами. Все это приводит к тому, что в спектре выходных напряжений регулируемой меры фазовых сдвигов кроме спектральных составлдющих, обусловленных ступенчатой аппроксимацией квазисинусоидальных напряжений, подаваемых выходными : фильтрами нижних частот, появляются дополнительные гармонические составляющие, непосредственно следующие за основными гармониками. Подавить эти составляющие можно только при помощи очень сложных перестраиваемых . фазостабильных фильтров, поэтому, используя из.вестную схему, трудно достичь- значений коэффициента нелинейных искажений сигналов лучше 2%. Цель изобретения - повышение ности воспроизведения фазовых сдвигов и формы выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в регулируемую меру фазовых. сдвигов, состоящую из генератора, импульсов, подключенного к тактовым входам пересчетных схем, входы ввода информации одной из которых связаны с блоком записи кода, а ее информационные выходы разрядов подсоединены к цифровому регистрируквдему блоку, который вместе с блоком записи кода подключен к выходу другой пересчетной схемы, а также из фильтров и регуляторов уровня выходного сигнала, введены запоминающие блоки и цифро-аналоговые; преобразователи, аналоговые входы которых связаны с регуляторами, выходы - с фильтрами, а цифровые информационные входы подключены к выходам запоминающих блоков, входы которых соединены с выходами разрядов пересчетных схем, причем выходы фильтров являются выходами устройства. На чертеже представлена структурная схема регулируемой меры фазовых . сдвигов . Устройство содесржит два идентичных канала формирования напряжений заданной формы и амплитуды с регулируемым фазовым сдвигом между напряжениями, каждый из которых содержит фильтры 1 и 2, нижних частот, цифро-аналоговые преобразователи (интегральные перемножающие) 3 и 4,

регулируемые резисторы 5 и 6, запоминающие блоки 7 и 8 (сменные или коммутируемые запрограммированные постоянные), пересчетные схемы 9 и 10, а также общие для обоих каналов блок 11 записи кода фазового сдвига ген.ератор 12 импульсов и цифровой регистрирующий блок 13. При этом выход генератора 12 импульсов подключен к тактовым входам пересчетных схем 9 и 10. Входы ввода информации одной из пересчетных схем 9 связаны с блоком 11 записи кода задаваемого фазового сдвига, а ее информационные выходы разрядов соединены с цифровым регистрирующим блоком 13. Выход пересчетной схемы другого канала 10 подключен к блоку 11 записи кода и к цифровому регистрирующему блоку 13. Кроме того, информационные выходы разрядов пересчетных схем 9 и 10 связаны со входами запоминающих блоков 7 и 8 соответственно, а их выходы подсоединены к цифровьв входам цифро-аналоговых преобразователей 3 и 4. Аналоговые входы этих преобразователей 3 и 4.подключены к движкам регулирумых резисторов 5 и 6, запитанных от постоянного источника опорного напряжения UQ . Выходы преобразователей 3 и 4 подключены ко входам фильтров 1 и 2 нижних частот, выходы которых являются выходами регулируемой меры фазовых сдвигов.

Устройство работает следующим образом.

После устновки в исходное положение элементов устройства непрерывная последовательность импульсов, формируемых генератором 12, поступает на тактовые входы пересчетных схем 9 и 10. Частота повторения импульсов генератора 12i превышает lacTOTy выходных напряжений , регулируемой меры фазовых сдвигов в п раз

где п - коэффициент деления частоты пересчетньк схем 9 и 10.

Значение коэффициента деления частоты п выбирается исходя из .заданного значения дискрета регулирования фазовых сдвигов М

f

,а также, исходя из приходящегося на период Т количества интервалов аппроксимации выходных напряжений, выбор которого обусловлен заданной точностью воспроизведения мгновенных значений выходных напряжений. Если значения ч по указанным двум критериям не совпадают, то выбирают

большее значение, принимая во внимание возможность его реализации выбранным типом пересчетных схем 9 и 10, а также получающееся при этом значе.ние дискрета .

Установка заданного значения фазового сдвига регулируемой меры осуществляется- цифровым кодом при помощи блока И записи кода. Текущие значения кодов пересчетных схем 9 и 10

N (t) иNQ„(t) соответствуют в дискретном выражении значениям текущих фаз выходных напряжений (-t) и Рд„ (t). Фазовый сдвиг между выходными напряжениями определяется разностью абсолютных значений текущих фаз

; м Р ЬРап),

а следовательно, и разностью кодов пересчетных схем

)-Non(t).

Для установки заданного значения разности кодов и для контроля его при помощи цифрового регистрирующего блока 13 используются интервалы времени, в течение которых код одной из

пересчетных схем 10 обращается в

нульМ(1)гО, т.е. в. момент заполнения It этой пересчетной схемы. При этом контроль установленного значения фазового сдвига (разности кодов) осуществляется цифровым регистрирующим блоком 13 путем записи в регистр и индикации в упомянутый интервал времени кода другой пересчетной схемы 9. Установка згщанного значения разности кодов осуществляется блоком 11 записи кода, соответствующего задаваемому фазовому сдвигу, в тот. же интервал времени, по сигналу заполнения пересчетной схемы 10, когда

..

Выходы разрядов пересчетных схем 9 и 10 подключены к адресным вхоДам .вапоминающих блоков 7 и 8. Эти блоки преобразуют дискретные значения кодов, выражающих текущие фазы выходных напряжейий Ф (t) и (t), в строго им соответствующие коды мгновенных зна- ; чений напряжений a{t) и ) заданной формы.

В соответствии с назначением регулируемой меры фазовых сдвигов посто ; янные запоминающие блоки 7 и В программируются, а также коммутируются или сменяются таким образом, чтобы

на выходе имелся набор мгновенных значений напряжений всех заданных форм. При формировании синусоидальных сигналов запоминающие блоки 7 и 8 программируются по выборкам гармонйческих функций

ait)., o.t).s;,(t).

Постоянные запоминающие блоки 7 и 8 выбираются таким образом, чтобы; количество их адресных входов соответствовало количеству разрядов пересчетных схем 9 и 10, а разрядность по выходу совпадала с разрядностью подсоединенных к ним цифро аналоговых преобразователей 3 и 4. Ю Количество разрядов цифро-аралоговых преобразователей 3 и 4 выбирается исходя из заданной точности воспроизведения Мгновенных значений выходных напряжений.15

Упомянутые преобразователи 3 и 4 преобразуют циклически изменяющиеся во времени цифровые коды, соответст-г вующие мгновенным (дискретным) зна- 20 чениям напряжений, в аналоговые напряжения. Выходные напряжения преобразЬвателей 3 и 4 определяются выражением

U8ь„W(tl.k.,

где A{t) - циклически изменяющееся во времени значение кода на цифровом входе преобра-зо зователей;

UQ- опорное напряжение источника; .

k - коэффициент деления напряжения регулируемыми резис- г торами 5 и б каналов. Регулировка амплитуды выходньдх напряжений меры фазовых сдвигов осуществляется путем изменения значений К. Принимая во внимание то,что вариация значений К не влияет на процесс формирования кодов мгновенных значений напряжений и на точностные характеристики перемножающих цифро-аналоговых преобразователей 3 и 4, гармонический востав их выходных напряжений 45 не зависит от значений К, а следовательно, предлагаемая регулируемай мера фазовых сдвигов свободна от-амплитудно-фазовых погрешностей.

Изменяя значения К во времени, 50 можно модулировать по амплитуде выходные напряжения предлагаемого устройства и, таким образом, автоматизировать процесс измерения амплитудно-фазовых погрешностей фазометров, 55 проверяемых при помощи меры фазовых Ьдвигов.

За счет ступенчатой аппроксимации

выходньрс напряжений в их спектрах / имеются составлякйцие с частотами 60

Амплитуды этих составляющих обратно пропорциональны значениям п. При формировании синусоидальных сигналов эти спектральные составляющие подавляются 65

при помощи фильтров 1 и 2, полоса прозрачности которых определяемая заданным диапазоном частот, не достигает значения ).

eOf Л

При формировании выходных напряжений, форма которых отличается от гармонической, их спектральный .сос.тав содержит ряд из m гармонических составляющих, непосредственно следующих за основной гармоникой. При этом условие достижения заданной точности воспроизведения мгновенных выходных напряжений подразумевает л выбор такого значения п , при которо на верхней рабочей частоте диапазона выполнялось бы условие-т 2п, т.е. наивысшей гармонике спектра выходных сигналов соответствовало бы более двух интегралов дискретизации на ее период.

По сравнению с известными устройсвами изобретение имеет меньшие значения нелинейных искажений формируемых напряжений; обеспечивает возможность формирования выходных напряжений любой заданной формы;свободно от амплитудно-фазовых погрешносте при регулировании уровней выходных напряжений.

Все; это достигается за счет введения в устройство программируемых постоянных запоминаквдих устройств, осуществляющих преобразование циклически изменяющихся во времени значений взвешенных кодов текущей фазы, формируемых пересчетными схемами, во взвешенные коды мгновенных значений генерируемых напряжений. При этом обеспечивается возможность использования для преобразования циклически изменяющихся взвешенных кодов, соответствующих мгновенным значениям напряжен ий, в их аналоговый эквивалент - постоянное напряжение, стандартных устройств цифровой измерительной техники - перемножающих цифро-аналоговых преобразователей. Такие преобразователи, в отличие от специализированных цифро-аналоговых преобразователей, управляющихся невзвешенными кодами, имеют значительно более высокие точность, разрешающую способность, температурную и временную стабильность параметров, характерные для интегральной технологии.

Малые нелинейные искажения выходных напряжений предлагаемого устройства достигаются за счет высокой точности формирования.мгновенных значений напряжений, которая обеспечивается применением высокоточных интегральных перемножаняцих цифро-анало говых преобразователей, преобразующих в напряжение взвешенные коды мгновенных значений напряжений, получаемых на выходе сменных или

тируемых запрограммированных постоянных запоминающих устройств.

Возможность формирования любой заданной формы выходных напряжений регулируемой меры фазовых сдвигов обеспечивается за счет применения сменных или коммутируемых постоянных запоминающих устройств, запрограммированных в соответствии с требуемым набором форм выходных напряжений и преобразующих взвешенные позиционные коды дискретных значений фаз во взвешенные позиционные коды дискретных значений напряжений.

Точность формирования выходных напряжений интегральными перемножающими цифро-аналоговыми преобразователями, а следовательно, и их спектральный состав, а также акtивныe и реактивные составляющие их параметров не зависят от уровня постоянных. напряжений, подаваемых на аналоговый вход перемножителей, что является достаточным усло0вием для отсутствия амплитуднофазовых погрешностей регулируемой меры фазовых сдвигов.

РЕГУЛИРУЕМАЯ МЕРА ФАЗОВЫХ СДВИГОВ, содержащая генератор импульсов, подкл1оченный к тактовым входам пересчетных схем, входы ввода информации одной из которых связаны с блоком записи кода, а ее информациднные выходы разрядов подсоединены к цифровому регистрирующему блоку, который вместГе с блоком записи кода подключен к выходу другой пересчетной схемы, а также фильтры и регуляторы уровня выходного сигнала, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения фазовых сдвигов и формы выходного сигнала, в нее введены запоминающие блоки и цифро-аналоговые преобразователи, аналоговые входы которых связаны с регуляторами, выходы - с фильтрами, а цифровые информационные входы подключены к выходам запоминающих блоков, входы которых соединены с выходами разрядов пересчетных схем, причем выходы фильтров являются выходакга устройства. (Л

M H- IbHIiI Вых. 2