Преобразователь разности фаз в напряжение Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз.

Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаз в напряжение.

На фиг.1 приведена структурная сусема преобразователя разности фаз в напряжение; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, где а - сигнал на втором входе переключателя, б - сигнал на выходе одновибратора, в - сигнал на втором входе аналогового запоминающего блока, г - сигнал на выходе аналогового запоминающего блока.

Преобразователь разности фаз в напряжение содержит аналоговый запоминающий блок 1, одно1вибратор 2, формирователь 3, конденсатор 4, переключатель 5, первьй и второй операционные усилители 6 и 7, источник 8 опорного напряжения, первый и второй пороговые блоки 9 и 1О, блок 11 управления и управляемый резистор 12.

Аналоговьй запоминаю11)(ий блок 1 содержит ключ 13, буферный усилитель 14 и конденсатор 15.

Блок 1t управления содержит операционный усилитель 16, первый, второй и третий резисторы 17, 18, 19, конденсатор 20, четвертый резистор 21, светодиод 22, пятый и шестой резисторы 23 и 24.

Первый пороговый блок 9 содержит компаратор 25, резисторы 26 и 27.

Второй пороговый блок 10 содержит компаратор 28, резисторы 29 и 30 и инвертор 31.

Выход аналогового запоминающего блока 1 соединен с выходной клеммой устройства, первый вход через одновибратор 2 соединен с выходом формирователя 3, входы которого соединены с входными клеммами устройства, второй вход аналогового запоминающего блока соединен с первой обкладкой конденсатора 4 и первым выводом переключателя 5, вторым, третьим, четвертым вьшодами соединенного соответственно с выходами формирователя 3, первого операционного усилителя 6, второго операционного усилителя 7, при этом источник 8 опорного напряжения соединен с прямьм входом второго операхдаонного усилителя 7, инверсный вход которого соединен с второй обкладкой конденсатора 4, и инверсным входом первого операционного усилителя 6, прямым входом соединенного с общей шиной, первый пороговый блок 9 и второй пороговый блок 10 выходами соединены блоком 11 управления, выходной ток которого определяет сопротивление управляемого резистора 12, соединяющего выход аналогового запоминающего блока 1 с инверсными входами первого и второго операционных усилителей 6 и 7, инверсный вход первого порогового блока 9 соединен с прямым входом второго порогового блока 10 и первой обкладкой конденсатора 4, а прямой вход первого порогового блока 9 соединен с клеммой положительного порогового напряжения, при этом инверсный вход второго порогового блока 10 соединен с клеммой отрицательного порогового напряжения.

В аналоговом запоминающем блоке 1 выход ключа 13 соединен с входом буферного усилителя 14 непосредственно и через конденсатор 15 - с общей пшной, при этом входами аналогового запоминающего блока 1 являются входы ключа 13, а выходом - выход буферного усилителя 14.

В блоке 11 управления операционный усилитель 16 прямым входом соединен с общей шиной, а инверсным - с резисtopavai 17, 18, 19 и конденсатором 20, другой обкладкой соединенным с выходом операционного усилителя 16, и через последовательно соединенные четвертый резистор 21 и светодиод 22 - с отрицательной шиной питания, первый вход блока 11 управления соединен с вторым вьшодом первого резистора 17 и через пятый резистор 23 с положительной шиной питания, второй вход блока 11 управления соединен с вторым выводом второго резистора 18, через шестой резистор 24 - с положительной шиной питания.

В пороговом блоке 9 прямой вход компаратора 25 через резистор 26 соединен с клеммой положительного порогового напряжения U, , а через резистор 27 - с выходом компаратора 25, являющегося вькодом порогового блока 9, инверсным входом которого является инверсный вход компаратора 25.

В пороговом блоке 10 инверсный вход компаратора 28 через резистор 29 соединен с клеммой отрицательного, порогового напряжения и через резистор 30 и инвертор 31с выходом компаратора 28, являющегося выходом порогового блока 10, прямым входом которого является прямой вход компаратора 28. Преобразователь разности фаз в напряжение работает следующим образом. Если в неустановившемся режиме работы частота входных сигналов вели ка, то амплитуда напряжения на перво обкладке конденсатора 4 мала и не превышает пороговых напряжений U , и вследствие малых времен его заря дя-разряда, входы блока 11 управлени закорочены йа общую шину, компараторы 25, 28 имеют открытый выход. В этом случае ток, протекающий через резистор 19, медленно изменяет напря жение на выходе операционного усилителя 16, увеличивая излучение светодиода 22, уменьшая сопротивление резистора 12. Постоянная времени интег рирования операционных усилителей 6, 7 медленно уменьшается, амплитуда напряжения на втором входе блока 1 увеличивается до тех пор, пока она по модулю не превысит один из порого вых уровней Ufi п Р этом ерабатьшают соответствующие компараторы 25, 28, а к входу операционного усилителя 16 начинает протекать ток от положительного источника питания. .Напряжение на выходе операционного усилителя 16 начинает уменьшаться, светодиод 22 уменьшает излучение, сопротивление резистора 12 уменьшает ся, уменьшая амплитуду напряжения на втором входе блока 1. Для устранения дребезга пороговых блоков 9, 10 и обеспечения устойчивой работы систем автоматического регулирования блоки 9и 10имеют гистерезис. Гистерезис сра батывания обеспечивается цепями: резисторы26, 27, резисторы 29, 30 и инвертор 31. Постоянная времени заряда интегратора на операционном усилителе 16 через резисторы 24, 18, 23, 17 примерно на порядок больше максимально возможного периода входных сигналов. Постоянная времени заряда через резистор 19 примерно на четыре - пять порядков больше максимально возможного периода входных сигналов. Эти постоянные времени выбираются из условий 364 обеспечения устойчивости системы автоматического регулирования. Таким образом, система автоматического регулирования так изменяет постоянную времени заряда - разряда интеграторов на операционных усилителях 6, 7.,чтобы обеспечить режим их работы близким к оптимальному для всего рабочего диапазона частот входных сигналов, исключая возможность входа операционных усилителей 6, 7 в насыщение и резкого ухудшения точности преобразования. В установившемся режиме предлагаемое устройство работает аналогично известному. Формирователь импульсов 3 формирует импульсы длительностью дТ, пропорциональной фазовому сдвигу между входными сигналами (фиг.2а), кроме того, формирователь импульсов 3 и одновибратор 2 вырабатывают последовательность импульсов записи с периодом, равным периоду входных сигналов (фиг.26). Переключатель 5 осуществляет подключение конденсатора 4 к выходам операционных усилителей 6 и 7. В те конденчение интервала времени сатор 4 подключен к выходу операционного усилителя 6. В результате напряжения на выходе операционного усилителя (фиг.2 6) изменится на величину ли,-и,. - напряжение на выходе блогде и ка 1; L - постоянная времени интегрирования. В интервале времени Т -Т конденсатор 4 подключен к выходу операционного усилителя 7. За этот интервал времени напряжение на выходе операционного усилителя 7 (фиг.2€) изменяется на величину ч т,,-т, ли,и,+(и-и. , где UQ - величина напряжения источника опорного напряжения. В интервале конденсатор 4 пять подключен к выходу операционного усилителя 6. В результате напряжеие на его выходе изменяется на еличину ,. Аналоговый блок 1 осуществляет операцию выборки и хранения выходного напряжения операционного усилителя 6 (фиг.2г). В результате для установившегося «режима справедливо следующее вьфажениё: uU,-buU2+AUg 0, откуда и и .lli.u ---„ бых о Т HJ X йТ С учетом того, что пропорциональ но фазовому сдвигу между входными напряжениями U и U, функция преобразования имеет вид и,„,5ги.. Следовательно, полученный результат зависит только от величины опорного напряжения, стабильность которого мо жет быть настолько высока, чтобы практически не влиять на точность преобразования. Полученный результат измерения не зависит от частоты входных сигналов в широком диапазоне частот, пока сис тема автоматического регулирования может обеспечить нормальный режим работы операционных усилителей 6, 7 Таким образом, предлагаемое устрой ство позволяет производить преобразо j вание фазового сдвига входных сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов. Рабочий диапазон частот вустройстве на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постоянной времени интегрирования. Формула изобретения Преобразователь разности фаз в напряжение по авт.св. № 1045158, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены первый и второй пороговые блоки и блок управления, а резистор выполнен управляемым, при этом выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с входами блока управления, выход которого оптически связан с управляемым резистором, а инверсный вход первого порогового блока и прямой вход вторбго порогового блока соединен с первой обкладкой конденсатора, при этом прямой вход первого порогового блока соединен с шиной положительного порогового напряжения, а инверсный вход второго порогового блока соединен с шиной отрицательного порогового напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз. Является дополнительньм по авт.св. № 1045158. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаз в напряжение. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аналоговый запоминающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор 4, переключатель 5, операционные усилители 6, 7, источник порогового напряжения, резистор 12, дополнительно введены пороговые блоки 9, 10, блок 11 управления, а резистор 12 выполнен управляемым. В описании изобретения также раскрыты блоки 1,9,10,11. Устройство позволяет производить преобразование фазового сдвига сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов. Рабочий диапазон частот в устройстве (Л на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постос: янной времени интегрирования. 2 ил« to со 00 со а 14)

S

(