Управляемый фазовращатель Советский патент 1989 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при построении устройств, где необходимо прецизионное управление фазой синусоидального сигнала: фазометров, измерительных преобразователей энергетических параметров, систем контроля и регулирования.

Цель изобретения - повышение точности сдвига фазы синусоидального сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого сразовраща- теля; на фиг.2 - диаграммы.

Фазовращатель держит блок 1 сдвига фазы на 90°, первый 2 и второй 3 управляемые делители напряжения, первый 4 и второй 5 сумматоры, блок 6 сравнения напряжений, инвер- . тор 7, фазочувствительный выпрямитель 8 и шильтр 9 низких частот. Входы блока 1, первого управления делителя 2, второй вход блока 6 и управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 8 объединены и подключены к источнику входного синусоидального сигнала. Выход блока 1 соединен с входом второго управляемого делителя 3 напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом блока 6 сравнения напряжений. Выходы управляемых делителей 2 и 3 соединены с входами

&

-vj

со оо

00 СО

к

первого сумматора 4, выход которого является первым выходом устройства и соединен с первым входом блока 6 и с входом инвертора 7, выход которого является вторым выходом устройства. Выход второго управляемого делителя 3 напряжения соединен с входом фазочувствительного выпрямителя 8, выход которого подключен через фильт 9 низких частот к первому входу сумматора 5. Второй вход сумматора 5 подключен к источнику управляющего напряжения, а выход подключен к уп- равляющему входу первого управляемо- го делителя 2 напряжения

При точной настройке блока 1, т.е. когда на его выходе имеется только ортогональная по отношению к входному синусоидальному сигналу

U4(t) U0 since t

(1)

косинусоидальная составляющая

Uu(t)U0sin(GOt+900)U0coscot, (2)

напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя имеет вид, приведенный на фиг.2а, напряжение на выходе фильтра 9 низких частот равно ну- лю (ивых,рнч 0), и следовательно, на вход сумматора 5 поступает управляющее напряжение Uunp без коррекции.

Устройство реализует выражение

+U,

иВьи ио51п 1:+ и4яр1 U sintot +

ТТ i «1/О

БСН

U.costOt,

(3)

45

амплитуда входного синусоидального сигнала;

управляющее напряжение, пропорциональное cosCf, определяющее амплитуду синусной составляющей сигнала с выхода первого управляемого делителя 2;

выходное напряжение блока 6, пропорциональное sintpn определяющее амплитуду косинусной составляющей сигнала с выхода второго управляемого делителя 3, требуемый угол сдвига фазы. уда выходного сигнала фазоточно равна U0 после сумсоставляющих и не зависит СР если выполняется уело- 55

50

UO) +(UBCH.UO)S (4)

Q j

Q

Q

5

5

5

0

где под радикалом сумма квадратов амплитуд синусной и косинусной составляющих сигнала.

Изменение амплитуд синусной и косинусной составляющих выходного сигнала в соответствии с описанным алгоритмом выполняется с помощью управляемых делителей 2 и 3, на управляющие входы которых подаются сигналы, пропорциональные амплитудам синусной и косинусной составляющих.

Сигнал управления амплитудой синусной составляющей подается с выхода второго сумматора 5 на управляющий вход делителя 2, а сигнал управления косинусной составляющей подается на управляющий вход делителя 3 с выхода блока 6. Блок 6, на входы которого подаются входной и выходной сигналы устройства, выполняет функцию стабилизации амплитуды выходного сигнала в процессе сдвига фазы. Суммирование составляющих выходного сигнала с необходимыми амплитудами в соответствии с выражением (3) производится с помощью сумматора 4.

Устройство позволяет производить сдвиг фазы синусоидального сигнала в диапазоне углов (0-180°) либо (0-180°), если выходной сигнал снимать через инвертор 7. При этом, если U „„о 0, то на выход устройства проходит косинусная составляющая без изменения амплитуды, T.e.q 90

В процессе эксплуатации устройства возможна самопроизвольная расстройка блока 1.

Используя математическое выражение

cos(wt+W{) cosut,). cosCOt - -sinitp. sinCOt,(5)

где &Q - фазовая расстройка блока 1, запишем выражение (3) с учетом (5)

ивых Ugnp Uo sinWt+UBCH U0.cos(cot+ +йф)иупр -UgSinCot-UscH U0 sinbqxsinat) + +UECH- TJ0costq coscot(Uynp - UgCH- sin&ty)U0sinCOt+UBcH U0cosA cos(Ot Ugnp U0sincot+UBcH U0cosuqj coscot, (6)

где и и„р Ugnp-tUcH1 si-пДф. Из сопоставления слагаемых в выражениях (3) и (6) видно, что при фазовой расстройке блока 6 и отсутствии цели коррекции (блоки 5, 8 и 9) амплитуда синусной составляющей изменяется на величину UgcH U sinii, a амплитуда косинусной составляющей изменяется в cosЛф раз, т.е. нарушается условие равенства в выражении (3), и угол сдвига фазы в выходном сигнале будет отличаться от требуемого значения, заданного величиной управляющего напряжения U(.n. .

При наличии цепи коррекции (блоки 5, 8 и 9) выходное напряжение фильтра 9 низкой частоты UBb|X фнч и выходное напряжение фазочувствительного выпрямителя Ueb| фЧ6 будет иметь вид, приведенный на фиг.26 и 2в (в зависимости от знака Ь().

Напряжение

ивы.9нч К ибсн U0sin 4, где К - коэффициент пропорциональности,

поступает на вход сумматора 5, компенсируя изменение амплитуды синусной составляющей. Выходное напряжение блока 6 U Бсн, воздействуя на управляющий вход второго управляемого делителя 3, компенсирует изменение косинусной составляющей. По окончании переходных процессов в блоках устройства в установившемся режиме работы на первом выходе устройства будет получен сигнал с фазой, которая со1

798896

ответствует заданно величине управляющего напряжения .

t f

Таким образом, цепь коррекции, состоящая из фазочувствительного вы- прямитепя, фильтра 9 низких частот, второго сумматора 5, позволяет существенно уменьшить влияние фазовой 1Q расстройки блока 1 на величину угла сдвига фазы в выходном сигнале.

Формула изобретения

Управляемый фазовращатель по авт. св. № 1402962, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен фазочувстви- тельный выпрямитель, фильтр низких частот и второй сумматор, выход которого подключен к управляющему входу первого делителя напряжения, выход второго управляемого делителя напряжения подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, управляющий вход которого подключен к источнику входного синусоидального сигнала, а выход подключен к входу фильтра низкой частоты, выход которого подклю-

чен к входу второго сумматора, второй вход которого подключен к источнику управляющего напряжения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении различных устройств, где необходимо прецизионное управление фазой синусоидального сигнала. Цель изобретения - повышение точности сдвига фазы синусоидального сигнала. Это достигается тем, что в управляемый фазовращатель дополнительно введены фазочувствительный выпрямитель, фильтр низких частот и второй сумматор. Причем выход второго управляемого делителя подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого подключен к входу фильтра низких частот. Выход фильтра низких частот подключен к одному из входов второго сумматора, на другой вход которого подается управляющее напряжение. Выход второго сумматора подключен к управляющему входу первого управляемого делителя. Вход фазочувствительного выпрямителя подключен к источнику входного напряжения. Такое подключение позволяет скомпенсировать нестабильность работы блока сдвига фазы путем коррекции управляющего сигнала, воздействующего на первый управляемый делитель. 2 ил.

Вых.2

VfafU0SM() .1

ибтФНЧ

J&.flW

ЦвыкФНЧ

Фиг. 2