Фазовращатель Советский патент 1987 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при определении амплитудно-фазовых характеристик объектов автоматического управления, фазовой синхронизации работы различных устройст Цель изобретения - повьппение быстродействия устрбйства.

На чертеже представлена функциональная схема фазовращателя.

Фазовращатель содержит вход 1, три резистора 2 - 4j, один из которых (4) переменный, операционный усилитель 5, выход 6 фазовращателя, переменный конденсатор 7 с управляемой емкостью, повторитель 8 напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 9, второй повторитель 10 напряжения, вход 11 узла управления емкостью конденсатора, вход 12 измерителя периода сдвигаемого сигнала, формиро- .ватель 13 короткого импульса, элемент 14 задержки, счетчик 15 импульсов, регистр 16 памяти, генератор 17 импульсов образцовой частоты, информационные выходы 18 измерителя периода, регистра 16 памяти.

Широкополосный фазовращатель имеет операционный усилитель 5, два постоянных резистора 2 и 3, один из которых (3) включен между выходом операционного усилителя 5 и его инверсным входом, а второй (2) - между инверсным входом операционного усилителя 5 и входом 1 фазовращателя, фазосдвигающую цепочку, состоящую из последовательно соединенных переменного резистора 4 и конденсатора 7, точка соединения которых подключена к инверсному входу операционного усилителя 5, свободный выход,переменного резистора 4 соединен с входом 1 фазовращателя, а выход операционного усилителя 5 соединен с выходом 6 фазовращателя, измеритель периода сдвигаемого сигнала, вход 12 которого соединен с входом 1 фазовращателя, и узел управления емкостью конденсатора, кодовые входы управления которого соединены с информационньпу и выходами 18 изме- рителя периода, причем измеритель периода содержит формирователь 13. короткого импульса, генератор 17 импульсов образцовой частоты, элемент 14 задержки, счетчик 15 импульсов и регистр 16 памяти. Вход формирователя 13 соединен с входом. 12 измери

5

0

5

0

5

0

5

0

5

теля периода, вмход формиропате-ля

13коротко1 о импульса подключ« н непосредственно к входу управления регистра 16 памяти и через элемент

14задержки к входу сброса счетчика

15импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 17 импульсов образцовой частоты, разрядные выходы счетчика 15 импульсов подключены к соответствующим информационным входам разрядов регистра

16памяти, а информационные выходы измерителя периода которого соединены с соответствующими кодовыми входами узла управления емкостью конденсатора из двух повторителей

В и 10 напряжений и ЦАП 9. При этом вход первого повторителя 8 напряжения соединен с входом 11 узла управления емкостью конденсатора и одной из обкладок конденсатора 7, а выход- повторителя 8 напряжения подключен к входу опорного напряжения ЦАП 9, кодовые входы управления которого соединены с информационными выходами 18 регистра памяти измерителя периода, выход ЦДП 9 под- (Ключен через второй повторитель 10 напряжения к второй обкладке конденсатора 7.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение с периодом Tjj поступает через вход 1 устройства на входы операционного усилителя 5 через резисторы 2 и 4, а также на вход формирователя 13 короткого импульса через вход 12 измерителя периода сдвигаемого сигнала. Короткие импульсыJ соответствующие моментам перехода сдвигаемого сигнала через нулевой уровень с периодом следования Т, с выхода формирователя 13 короткого импульса поступают на вход записи регистра 16 памяти и через элемент 14 задержки на вход установки нуля счетчика 15 импульсов, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора

17импульсов образцовой частоты.Счетчик 15 импульсов обеспечивает преобразование периода следования входного напряжения в код за один период входного сигнала, причем кодовая комбинация в нем при окончании процесса преобразования определяется следующим равенством:

n -т,

12901 (1)

-ОБр

n - число импульсов образир- вой частоты, поступивших на вход счетчика импульсов 15 за один период входного сигнала; Т - период входного сигнала;

Т - период следования импуль- сов образцовой частоты.

Со счетчика 15 импульсов код, пропорциональный периоду следования входного сигнала, записывается в регистр 16 памяти, с выхода 18 которо- го поступает на кодовые входы управления ЦАП 9 узла управления емкостью конденсатора.

Входной сигнал с выхода переменного резистора 4 поступает на одну из обкладок конденсатора 7 и через первый повторитель 8 напряжения подается на вход опорного напряжения ЦАП 9, выходной сигнал которого через второй повторитель 10 напряжения по- дается к другой обкладке конденсатора 7.

Изменение коэффициента передачи ЦАП 9 приводит к изменению разности потенциала, прикладываемого к конденсатору 7, что эквивалентно изменению его емкости.

Коэффициент передачи ЦАП 9

и

6ЫХ

вх

N

Тх /ол 35

где N - информационная емкость ЦАП.

Эквивалентная емкость конденсатора 7 описывается следующим выражением:

С К-С

ОБр

(3)

где С - номинальное значение емкости конденсатора 7.

Из операционного уравнения известного фазовращателя следует, что модуль усиления фазовращателя равен п единице, а фаза выходного сигнала определяется вьфажением

Cf - 2 arc tg сОх С 2/

где (0 - круговая частота входноного сигнала.

Из выражений (3) и (4) следует, что

96

СР - 2 arctoW,

Пi. 01 l L,, „.,

оьр

С R,,

или

- 2 arctg

о

ОЕР

С R,

(5)

Q

5

0 5

о

5

0

5

где U

ОБр

CJx Тх

т

п

5

- круговая частота сигнала образцовой частоты.

Из (5) следует, ч,то сдвиг фазы выходного сигнала фазовращателя не зависит от частоты входного сигнала. Этот выходной сигнал поступает на выход 6 фазовращателя.

При использовании данного фазовращателя как звена системы автоматического управления повышается скорость отработки регулируемого параметра, так как быстродействие предлагаемого фазовращателя значительно выше по сравнению с известным и составляет один период сдвигаемого сигнала.

Формула изобретения

1 . Фазовращатель, содержащий операционный усилитель, два постоянных резистора, один из которых включен между выходом операционного усилителя и его инверсным входом, фазосдви- гающую цепочку, состоящую из последовательно соединенных переменного резистора и конденсатора, первый вывод переменного резистора соединен с входом фазовращателя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия конденсатор выполнен с управляемой емкостью и введены измеритель периода входного сигнала и узел управления емкостью,

при этом общая точка соединения переменного резистора и конденсатора соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя и входом узла управления емкостью конден- сатора, выход которого соединен с второй обкладкой конденсатора, вход измерителя периода входного сигнала соединен с входом фазовращателя, а выходы соединены с информационными входами узла управления емкостью

512

при этом выход операционного усилителя соединен с выходом фазовращателя а конденсатор выполнен управляемым напряжением.

2. Фазовращатель по п. 1, о т - личающийся тем, что измеритель периода сдвигаемого сигнала содержит формирователь короткого импульса, генератор импульсов .образцо вой частоты, элемент задержки,счетчик импульсов и регистр памяти,причем вход формирователя короткого импульса соединен с входом измерителя периода сдвигаемого сигнала,-выход формирователя короткого импульса подключен непосредственно к управляющему входу регистра памяти и через элемент задержки к входу сброса счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов образцовой частоты, разрядные выходы счетчика импульсов под

Редактор М.Товтин

Составитель В.Шубин

Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 7895/41 Тираж 75t Подписное ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

966

ключены к соответстпуюишм разрядным входам регистра памяти, а разрядные выходы регистра памяти соединены с соответствующими информационными вькодамт-1 измерителя периода сдвигаемого сигнала.

3. Фазовращатель по п. 1, о т- личающийся тем, что узел управления емкостью конденсатора держит два повторителя напряжения и Ц15фроаналоговый преобразователь,причем вход первого повторителя напряжения соединен с входом узла, выход этого повторителя напряжения подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, кодовые входы управления которого соединены с входами управления узла, а выход цифроаналогового преобразователя подключен через второй повторитель напряжения к выходу узла.

Устройство относится к измерительной технике. Может найти применение при определении амплитудно- фазовых характеристик объектов автоматического управления. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается введением измерителя периода сдвигаемого сигнала с входом 12 и информационными выходами 18, узла управления емкостью конденсатора с входом 11. Конденсатор 7 выполнен с управляемой емкостью.Кроме того, устройство содержит вход 1, операционный усилитель 5, фазосдви- гающую цепочку, состоящую из резисторов 4 и конденсатора 7. При использовании данного фазовращателя как звена системы автоматического управления повышается скорость отработки регулируемого параметра, так как быстродействие описанного фазовращателя достаточно высоко и составляет один период сдвигаемого сигнала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л ЕЗ СО СО О5