Управляемый фазовращатель Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

Uyrip

(Л

с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при построении измерительных преобразователей. Фазовращатель содержит блок 1 сдвига фаз на 90, управляемые делители 2 и 3 напряжения и сумматор 4. Введение блока 5 сравнения, инвертора 6 и образование новых функциональных связей повышает точность сдвига фазы синусоидального сигнала в широком диапазоне фазовых сдвигов и изменяет диапазон фазовых углов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл. Q

)(

f

(/Sbtx(((f

()

о

IsD

CD Од N9

Фll8.i

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении различны-; устройств (измерите,пьных преобразоватапей, где структура предполагает прецизионное управление Фазойсинусоидального сигнала, фазометров, систем фазовой автоподстройки частоты), а также следящих систем контроля и регулирования.

Цель изобретения - повьшение точности сдвига фазы синусоидального сигнала в широком диапазоне фазовых углов .

На фиг. 1 представлена структур- нал схема управляемого фазовращателя; на фиг, 2 графики зависимости уровней напряжений.

Фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на , управляемые делители 2 и 3 напряжения,, сумматор 4, блок 5 сравнения напряжений синусоидального сигнала, инвертор 6,- Входы блока 1, первого управляемого делителя 2 и второй вход блока. 5 объединены и подклю- чень к источнику входного синусоидального сигнала, выход блока 1 соединен с входом второго управляемого дели- теля 3, управляющий вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения напряжений, выходы управляемых делителей 2 и 3 напряжения соединены с входами сумматора 4, выход которого является выходом устройства и также соединен с первым входом блока 5. Напряжение управления фазовращателем подается на управляющий вход первого управляемого делителя 2 напряжения.

Фазовращатель работает следующим образом.

Принцип действия управляемого фазовращателя основан на ре;1пизации известного математического выражения для синусоидальной функции

f(t) Asin(uJt + М ) asinuJt + + bcoscJt,I )

где А - амплитуда синусоидального

сигнала; L/ - угол сдвига фазы;

а и Ъ

коэффициенты пропорциональности, причем а/Ъ tg L/ .

Очевидно, что для реализации выра- жения (1) необходимо входной синусоидальный сигнал

(2)

и (t) u)t

преобразователь в си.гнап, сдвинутый по фазе на 90°,

U,(t) U.,sin(/)t,

(3)

V ; д

где Up - амцлитудное значение сигнала;

(А) - круговая частота. Эту операцию в схеме выполняет блок сдвига фазы на 90 . Далее алгоритм предполагает соответствующее изменение амплитуды полученных составляющих U(t) и U(t) таким образом, чтобы при дальнейшем суммировании на выходе устройства был получен синусоидальный сигнал с необхо- дамой фазой, причем важным требованием является сохранение амплитуды входного сигнала. Функцию управляемого изменения амплитуд квадратурных составляющих выполняют в схеме управляемые делители напряжений.Амплитуда составляющих должна изменяться в диапазоне от О до Up, что определяется граничными углами сдвига фазы. Соотношение амплитуд составляющих ПРИ этих углах сдвига фазы приведено в таблице.

Необходимые коэффициенты деления для составляющих U(t) и U-j(t), соот- ветствуйщие требуемому углу сдвига фазы, пропорциональны sin и cos этого угла. Получение коэффициентов является основной трудностью при построении подобных структур фазовращателей. В предлагаемом фазовращателе учтено то, что амплитуда сдвигаемого по фазе сигнала должна оставаться неизменной. Это позволило просто решить задачу получения одного из указанных коэффициентов

Управление фазовращателем ведется по одной из составляющих, т,е, напряжение управления, пропорциональное требуемому сдвигу фазы, подается на управляющий вход одного из управляемых делителей напряжения, а напряжение, пропорциональное необходимому коэффициенту деления другой составляющей , - на управляющий вход управля-

емого делителя напряжения этой составляющей с выхода блока сравнения напряжений. При этом используется то обстоятельство, что амплитуда выходного сигнала фазовратателя точно равна амплитуде входного сигнала, только при правильном соотношении коэффициентов деления составляющих U (t) и U(t).

В фазовращателе, структурная схема которого приведена на фиг. , управление ведется по синусоидальной составляющей U(t), что позволяет полу- чать фазовые сдвиги в диапазоне уг- лов от О до +180. При и упр О угол сдвига фазы Ц 90, т.е. проходит на выход выходной сигнал блока сдвига фазы на 90 без изменения.

Экспериментальные исследования показали, что целесообразно и удобно в качестве упоавляемых делителей напряжения использовать пепемножители аналоговых сигналов в интегральном исполнении, например 525ПС2Б, так как на них можно производить четырехквад- ратное умножение сигналов, что не требует дополнительных инверторов в схеме. Эти перемножители реализуют функцию

U8b.x kU.U,,, где Ujj, и у - напряжения составляющих

входного сигнала; k - коэффициент передачи, равный 0,1.

Если на один из входов, например х подавать напряжение составляющей входного сигнала, а на другой (у) - напряжение управления, то при k О,1 можно производить управляемое деление входного напряжения с хорошей линейностью и в широком диапазоне, причем при О Ugdix перемножителя также равно О, что позволяет получать точные фазовые сдвиги на углы, кратные 90, т.е. когда в выходном сигнале фазовращателя присутс вует только одна из составляюш11Х с определенным знаком.

При использовании перемножителей аналоговых сигналов в качестве управляемых делителей напряжение управления фазовращателем для предлагаемого устройства должно изменяться в диапа- зоне от -и.,„р.,,,,, что

соответствует диапазону фазовых углов сдвига от О до +180. На фиг. 2 (график 1) приведена зависимость if

0

„ г

5

- f(U,f,p ) для управляемого фазовращателя с учетом общепринятых в аналоговой схемотехнике уровней напряжений О + 10. Как видно из графика, для по-, лучения граничных фазовых углов сдвига О и 180 требуются конечные управляющие воздействия + 10 В, т.е. в этом случае на выход перемножителя проходит составляющая входного синусоидального сигнала без изменения амплитуды с определенным знаком, так как при и пр ± 0 2

Ugbix 0,1-Ux-Uvnp +U .

Структура блока сравнения напряже-, НИИ зависит от требуемой точности операции фазового сдвига синусоидального сигнала, что в конечном итоге выражается в законе, которьш реализует регулирующее устройство (пропорциональный, интегральный и т.д.), и способе ввода регулируемого параметра (амплитудное значение синусоидального сигнала, среднее и т.д.).

В простейщем случае блок содержит амплитудные детекторы и пропорцио- нально-интегральньй регулятор на опе- рационном усилителе, выход которого является выходом блока сравнения напряжений .

Для получения фазовых сдвигов в диапазоне углов от О до необходимо сигнал с выхода сумматора про- инвертировать. Для этого в схему введен инвертор 6. При указанном ди- апазоне изменения фазовых углов напряжение управления соответственно изменяется в диапазоне от як.с

до +U ,,пр. мсткс . Зависимость 1

f(U4jpp) приведена на фиг. 2 (график 2) .

Формула изобретений

Редактор А, Маковская

ие. Z

Составитель Л, Воронина Техред А.Кравчук

Заказ 3723

Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

fO Uwp(e}

Корректор М. Васильева

Подписное