Преобразователь разности фаз в напряжение Советский патент 1987 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в сочетании с вольтметром в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем - в системах автоматической обработки информации.

Цель изобретения - повышение точности преобразования малых разностей фаз при зашумленных входных сигналах и обеспечение следящего режима преобразования разности фаз в напряжение.

На фиг,1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг с 2 и 3 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Преобразователь разности фаз в напряжение содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3 и 4 импульсов, интегратор 5, формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9 и преобразователь 10 скважность - напряжение.

Входами преобразователя являются входы усилителей-ограничителей 1 и 2 выходами соединенных соответственно с входами первого, второго и третьего формирователей 3, 4 и 6 импульсов. Формирователь 6 импульсов выходом через последовательно соединенные интегратор 5 и релаксатор 9 соединен с вторым входом.первого формирователя 3 импульсов и третьим входом преобра- зователя 10 скважность - напряжение. Первый формирователь 3 импульсов первым выходом соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом - с первым входом триггера 8. Второй форми- рователь 4 импульсов первым выходом соединен с вторым входом триггера 7, а вторым выходом - с вторым входом триггера 8. Выходы триггеров 7 и 8 соединены соответственно с первым и вторьвч входами преобразователя 10 скважность - напряжение, выход которого является выходом преобразователя разности фаз в напряжение.

Преобразователь разности фаз в на- пряжение работает следуюцщм образом.

Входные сигналы U, и U (фиг.2с1, 5) усиливак)тся и ограничиваются усилителями-ограничителями 1 и 2. Выходное напряжение усилителя-ограничителя 1 (фиг.2Ь), фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала U, {фиг.2а), поступает на вход -формирователя 3 импульсов, выходные импульсы которого (фиг.2а,е) соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя. При измерении разностей фаз, удаленных от О и 360 , импульсы, показанные на фиг.2а, поступают на шину а , а импульсы, показанные на фиг.2е - на шину &. Выходное напряжение усилителя- ограничителя 2 (фиг.2-г) поступает на вход формирователя 4 импульсов. Выходные импульсы этого формирователя (фиг.2ж,О соответствуют переходам через нуль сигнала Uj (фиг.25). Импульсы, показанные на фиг.2ж, поступают на шину % , импульсы, показанные на фиг. 2 г - на шину z . Триггеры 7 и 8, на которые поступают импульсы по шинам о и , 5 иг соответственно формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами через нуль в одном направлении сигналов и и Uj, длительностью ut,, и At t4-tj (фиг.2ц, к) . Выходные сигналы с триггеров ступают на входы преобразователя 10 скважность - напряжение, который вырабатывает напряжение, пропорциональное (ut,+ut,)/2Т, т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с вы- ходов триггеров (Т - период сигналов и , и U2) .

С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сигналы (фиг.28,г) поступают также на входы формирователя 6 импульсов, реализующего операцию НЕТ-И (возможный вариант выполнения этой операции: один из сигналов, показан- ньгх на фиг. 2 В, г, инвертируется и вместе с другим сигналом поступает на схему И). На выходе формирователя 6 импульсов вырабатывается последовательность импульсов, длительность которых равна временному интервалу, в течение которог о положительное напряжение сигнала U, совпадает с отрица- тельнь1м напряжением U или положительное напряжение U совпадает с отрицательным напряжением U(, Импульсные последовательности с выхода формирователя 6 импульсов (длительность импульсов в этих последовательностях равна ut, или иt) поступают на вход интегратора 5. Усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 6 импульсов и интегратор 5 образуют фазометричес- кий преобразователь разность фаз напряжение, реализующий принцип работы фазометров с перекрытием. Зависимость выходного напряжения интегратора от разности фаз между U, и lU показана на фиг. За. По уровням и и срабатывает релаксатор 9, вход которого соединен с выходом интегратора. Выходное напряжение релаксатора, зависимость которого от разности фаз между и, и и показана на фиг.35, поступает на управляющий вход коммутируемого формирователя 3 импульсов и преобразователь 10 скважность - напряжение. При напряжениях на входе релаксатора, меньших u , на его выходе устанавливается высокий логический уровень напряжения, а при напряжениях, больших и , релаксатор возвращается в состояние с низким логи- ческим уровнем выходного напряжения. Если сигналы зашумлены, то изломы на фиг,За отсутствуют зависимость выходного напряжения интегратора от разности фаз между U, и U показана пунк- тиром). Это мертвые зоны преобразователя с перекрытием. Поскольку релаксатор переключается напряжениями, удаленными от мертвых зон, существование последних не сказывается на работе устройства.

При разностях фаз между U, и U вблизи О и 360° (интервал f - с на

фиг.З) вьгходное напряжение релаксатора 9 управляет формирователем 3 импульсов таким обрйзом, что последовательность импульсов, показанная на фиг,2(, поступает на шину S , а последовательность импульсов, показанная на фиг.2е - на шину а. Это может быт реализовано, например, перекрестной коммутацией сформированных по нуль- переходам импульсов с помощью двухпо зиционного переключателя (как в про- тотипе) или формированием импульсов при высоком логическом уровне напряжения на выходе релаксатора из напряжения, противофазного ему на фиг,26.

При этом на выходах триггеров 7 и 8 длительности импульсов равны t - t| и t - tj. Во время действия на управляющем входе формирователя 3 импульсов высокого логического уровня выходного напряжения релаксатора им- пульсы с триггеров получают приращения по длительности, соответствующие заштрихованным участкам на фиг.2и,к. Сумма этих участков по длительности

5 0 5 0

5

0 5

0

равна периоду сиг нала. Так как выходное напряжение преобразователя скважность - напряжение пропорпиоукчльно отношению полусуммы длительностей импульсов на выходе триггеров к периоду сигнала, то вносиьлп при высоком логическом уровне выходного напряжения релаксатора фазовый сдвиг равен 180 (как и в прототипе).

Выходное напряжение с релаксатора поступает также на третий вход преобразователя 10 скважность - напряжение и суммируется в нем таким образом, что птзи высоком логическом уровне этого напряжения выходное напряжение преобразователя 10 изменяется на величину, соответствующую 180 , т.е. компенсируется дополнительный фазовый сдвиг 180 (постоянное напряжение с выхода релаксатора можно рассматривать как последовательность импульсов со скважностью, равной единице), в результате обеспечивается следящий режим преобразования разность фаз - напряжение.

Использование для введения дополнительного фазового сдвига 180 информации, получаемой в параллельно канале преобразования разность фаз - напряжение, выполненном по принципу, используемому в фазометрах с перекрытием, и применение электронно-коммутируемого двухканального формирователя импульсов управления тригге рами позволяют повысить быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

Кроме того, изобретение позволяет повысить верхнюю рабочую частоту преобразователя без использования преобразования частоты и понизить минимальный уровень входных сигналов за счет повышения помехоустойчивости системы введения дополнительного фазового сдвига. В предлагаемом преобразователе получена верхняя рабочая частота 60 МГц без применения гетеро- динирования, обеспечивается следящий режим преобразования при равномерном изменении разности фаз от О до 360 за время порядка 10 си более и сохраняется работоспособность при снижении уровня входного сигнала до 100 мкВ.

Формула изобретения

Преобразователь разности фаз в напряжение, содержаний два усилителяограничителя, входы которых являются входами преобразователя, а выходы соединены с соответствующими входами первого и второго формирователей импульсов, первый формирователь импульсов первым выходомсоединен с первым входом первого триггера, а вторым выходом - с первым входом второго триггера, второй формирователь импульсов первым выходом соединен с вторым входом первого триггера, а вторым выходом - с вторым входом второго триггера, интегратор, выходом соединенный с входом релаксатора, а выход последнего соединен с вторым

ж

входом первого формирователя, отличающийся TL M, что, с целью повышения помехоустойчивости и быстродействия, в него введены третий формирователь импульсов и преобразователь скважность - напряжение, причем входы третьего формирователя импульсов соединены с выходами усилителей-ограничителей, а выход - с входом интегратора, первый и второй входы преобразователя скважность - напряжение соединены с выходами соответствующих триггеров, третий вход- с выходом релаксатора, а выход является выходом преобразователя.

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. В сочетании с вольтметром предлагаемый преобразователь может быть использован как фазометр, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем - в системах автоматической обработки информации. Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3, 4 и 6 импульсов, интегратор 5, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователь 10 скважность - напряжение. Применение электронно-коммутируемого двухканального формирователя импульсов управления триггерами позволило резко повысить быстродействие устройства по сравнению с известньм. Кроме того, в устройстве повышена верхняя частота преобразования без использования преобразования частоты и понижен минимальный уровень входных сигналов до 100 мкВ за счет повышения помехоустойчивости системы, введения дополнительного фазового сдвига. Получена верхняя рабочая частота порядка 60 МГц без применения гетеродиниро- вания. 3 ил. i (Л 00 со 00

а

и

и

It

о

Редактор А.Лежнина

Составитель С.Кулиш

Техред И.Попович Корректор Е.рошко

Заказ 4126/ i3 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ 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

Фи8.3