Синхронный преобразователь (его варианты) Советский патент 1990 года по МПК H03D13/00 

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочув- ствительных измерительных приборах,

Цель изобретения - повьппение точности измерения амплитуды входного сигнала.

На фиг.1 приведена структурно-фун- кциональная схема синхронного преобразователя, по первому варианту; на фиг.2 - структурно-функциональная схема синхронного преобразователя по второму варианту.

i, 31

Синхронный преобразователь по первому варианту содержит перемножитель 1, селективный блок 2, фазовый модулятор 3, генератор 4 мопулирующих сигналов, сумматор 5 и фильтр 6 них частот.

Синхронньй преобразователь по второму варианту содержит преобразователь 7, селективный блок 8, фазовый модулятор 9, генератор 10 модулиру- мщих сигналов, сумматор 11 и фазо- ;чувствительный выпрямитель 12.

Синхронный преобразователь по первому варианту работает следующим :образом.

Входной сигнаЛ S g поступает на :первьп 1 вход перемножителя 1 , где он перемножается с модулированным по :фазе в фазовом модуляторе 3 опорным ;сигналом , , Результат перемножения S р| на выходе перем -:ожителя 1 содержит переменные компоненты, уровен которых пропорционален уровню модуля входного сигнала. Sg. Эти компопсить выделяются при помощи селективного блока 2, который выдает выход юй сиг нап Sg,, ..

Компенсация ошибки.синфазировки между входным и опорны 1 сигналами

бУ

и

Son си 1хронного преобразова-

теля происходит следующим образом.

При ошибке .синфазировки между S 5V и Spri сигнал S , содеряшт постоянную составляющую, которая выделяется при помощи фильтра 6 низких частот, и подается в виде сигнала рассогласования Sp на первьм вход, сумматора 5, в котором этот сигнал суммируется с модулирующим сигналом S д с выходом генератора 4, а сигналов (5дд+ Sp) подается на второй вход фазового модулятора 3, с выхода которого получается модули- рованньй по фазе опорный сигнал моп- Сигнал рассогласования Sp изменяет постоянную составляющую закона фазовой модуляции опорного . сигнала S по исчезновения постоянного составляющего в сигнале 8, на выходе перемножителя 1, что соответствует точной синфазировке синхронного преобразователя.

Сущность и работа обеих варианто предложенного синхронного преобразователя поясняются следу1ощр1ми математическими М01ГУЛЯМИ сигналов и процесов их преобразований.

Входной сигнал имеет форму Sj(t) - М sin(G)t + ip) ,(1)

где М - модуль (амплитуда) вектора

сигнала; Ср - ошибка синфазировки между

входным и опорным сигналам Опорный сигнал

) I sinQt , (2)

где I - нормированная амплитуда. Модулирующий сигнал

S(t) ; sinQt.,

(3)

где т - глубина фазовой модуляции; - частота фазовой модуляции. Закон фазовой модуляции

) - si (t) + Q ()

где О - сдвиг фазы, вызываемый сигналом рассогласования Sp. Модулированный опорный сигнал

SMOP, f) I sin cot (Q +

H-bin-TZt) .(5)

Сигнал на выходе перемножителя S,(t) Sg,( (t) ) имеет следующий вид:

SfjCt) М SLn(cot +q ) I sin cot +

+ (Q +tp-sin 7t) - X xjrif - Q -Ф sinS2t i- M X

X cos Г2 GO t +(tQ + sin57.c

(6)

причем низкочастотная слагаемая ) М О - sinrzc (7) выражается в соответствии с формулой cos () cosc.cosf3 +

+ sinoi sin (8)

в следующем виде: S(t) - М cos ((- Q) X

-t- -JX cos (sinQt)

X M sin (Lp- Q) sin x

X sin (Psin2t)J.(9)

Оба слагаемые сигнала S.... разло9371 S

таточная ошибка фазировки Aq. Учитывая поворот фазы опорного сигнала на 90 , постоянный сигнал ошибки с

- выхода перемножителя 1 выражается с 5

учетом того, что cos ( -г-)

IO)L

2

sin

itjiB виде М

sin дер по фор

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочувствительных измерительных приборах. Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды входного сигнала. Сущность: между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фильтр нижних частот и сумматор, второй вход которого подключен к генератору модулирующих сигналов. В вариантном исполнении между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель и сумматор, при этом вторые входы сумматора и фазочувствительного выпрямителя подключены соответственно к выходам генератора модулирующих сигналов. 1 с.п. ф-лы, 2 ил.

жены в ряды Фурье:

- М cos (qj- Q) cos (sinnt) (Cf-Q)-|.

M cos

К 1

i,,m

COS (2k) C2tj ; (10)

--- M sin

-;T- M

(tf - Q) sin(sinfZt) «in (Cf- Q) | I,, (p)x 25

-

X sin (2k-1)Qt

(11)

где

ЦСР) - бесселевская функция

i-го порядка.

Постоянный компонент, который в первом варианте является сигналом ошибки, на выходе перемножителя 1 определяется выражением М cos (СР1оФ-2

- О)

по формуле (10). Для того, чтобы сигнал ошибки равнялся нулю, необходимо, чтобы сомножитель cos (f- 0) 0. Следовательно, требуется выполнить условие Q (СР +

2

т.е. дополнительно вносимый

фазовый сдвиг должен компенсировать не только ошибку синфазировки (о , но и вносить постоянный фазовый сдвиг -(-90 . Для лучшего вьтолнения этой задачи целесообразно, но не обязательно, включить, в цепь опорного сигнала , фазовращатель, который хотя бы приблизительно поворачивал фазу опорного сигнала SQ на tp 90°.

Поскольку автоматическая синфа- .зировка не может быть осуществлена с абсолютной точностью, остается ос-

муле (10). Основной частью остаточной ошибки фазировки Щ является статическая ошибка ДСрет которая обусловлена конечным значением глубины отрицательной обратной связи, котррая

определяется- коэффициентами передачи K, перемножителя 1 и Kg фильтра 6 низких ч астот, через которые ДС| выражается в следующем виде:

0

5

AfD-

- Т -ь кТк

I 6 о.

;

(12)

0

5

0

где uq (С - 90 ) - ошибка поворота

фазы на 90 .

Существует еще динамическая ошибка А Ц) а, которая связана в основном с инерционностью фильтра 6 низких частот, и ошибка от сдвига нуля AtJ (g как перемножителя 1, так и фильтра 6 низких частот. Остаточная ошибка фазировки дер является суммой этих ошибок:

Ш ( AU)q + ACfco. (13)

3 о

I

Информацию об уровне модуля М выходного сигнала S g,J носят нечетные гармоники закона фазовой модуляции по формуле (2). Если селективный блок 2 является гребенчатым фильтром, выходной сигнал S.g является суммой всех нечетных гармоник

К 1

Чк-1

45 Sebi)t(t) М cos ACf

- 1 (9) sin (2k-1)Qt. (14)

Достаточно малая остаточная ошибка синфазировки Aqi несущественно нарушает точность работы синхронного преобразователя, например Д{|) 2,5. вызывает погрешность 0,1%.

Селективный блок 2 может быть и однополосньм фильтром, который настроен, например, на частоту фазовой модуляции .2

, 1589371

S ) 1 os Atffl/ P) sinnt,(15)

с ж

Глубиной модуляции г целесообрано выбрать в данном случае такое значение Ф фМ1 1,8 раз, при котором бесселевская функция первого порядка имеет первый экстремум 1,(1,8) 0,58. Селективньй блок 2 Может быть построен и в виде фазо- ч|увствительного демодулятора, рабо- т|ающего синхронно с фазовой модуля- 1ф1ей опорного сигнала, В таком слу- ч|ае выходной сигнал S д,.,, является п|остоянным сигналом, уровень кото- пропорционален уровням всех (или группы) нечетных гармоник с Ч:астотами (2k-1), или же только од- нйму из них, например уроншю первой г ар оники с частотой ,

Синхронный преобразователь по.второму варианту работает следующим об- р|азом.

; Входной сигнал S g. поступает на riepBbM вход перемножителя 7, где он Перемножается с модулированным по фазе в фазовом модуляторе 9 опорным

сигналом S

МОП

. Результат перемножения SP на выходе перемножителя 7 содержит переменные компоненты. Эти к омпоненты выделяются при помощи с;елективного блока В, который выдает выходной сигнал S gj. .

Компенсация ошибки синфазировки Между входным S g и выходным сигналами происходит следующим образом. I

При ошибке синфазиронки между Sg и S(j сигнал 5 содержит переменные Компоненты на частотах, кратных частоте фазовой модуляции опорного сиг- Нала SQP, но не совпадающих с частотами компонентов, которые вьщеляют- Ся при помощи селе к ТИБ н о :г о блока В. Переменные компонент1)1 от ошибки синфазировки вьщелязотся при помощи фазочувствительного выпрямителя 12 н выдаются в виде сигнала рассогласования Sp, который подается на пер- 15ьй вход сумматора 11, в котором зт сигнал суммируется с модулирующим сигналом S/J, с выхода генератора 10, а сумма сигналов S + Sp подается на второй вход фазового модулятора 9, с выхода которого получается модулированный по фазе опорный сигнал S МОП Сигнал рассогласования Sp изменяет постоянную составляющ уПо .зако8

на фазовой модуляции опорного сигнала S Of, до исчезания этих составляющих в сигнале S на выходе перемно- жителя 7, которые вызьтали сигнал Sp. Такое положение соответствует точной синфазировке синхронного преобразователя.

Если селективный блок 8 настроен

0 на нечетные гармоники (2k-1) 57 фазовой модуляции с частотой И, как это имеет место у синхронного преобразователя по первому варианту выполнения, сигналом ошибки с выхода пере5 множителя 7 может быть не только постоянная составляющая, которую используют в первом варианте выполнения, но также и все четные гармоники с частотами 2kQили группа из них, или же

0 только одна из них, например, вторая гармоника.

Фазочувствительный выпрямитель 12 выделяет необходимые спектральные компоненты с частотами выпрям5 ляет их под синхронизацией сигнала SQ с второго выхода генератора 10, частота которого четно-кратна частоте модуля.дии Г2. С выхода фазочувствительного выпрямителя 12 получается.

0 постоянный сигнал рассогласования Sp, необходимая полярность которого обеспечивается фазочувствительным вы прямлением под управлением синхронизирующего сигнала S. Остальные

г узль преобразователя работают точно так же, как по первому варианту выполнения .(см. фиг,1), в котором используется постоянный сигнал ошиб- ки.

д Поскольку сигнал ошибки является не постоянным, а переменным сигналом, исключается остаточная ошибка . от сдвига нуля по формуле (4). Допустим, что селективный блок

8 настрое на четные, гармоники 2k П фазоБой модуляции с частотойG. В этом случае сигналом ошибки могут быть все нечетные гармоники с частотами (2k - 1)Qno формуле (11) или группа из них, или же только одна

0

5

из них, например, первая гармоника с частотой Q. -.. .

Фазочувствительный выпрямитель 12 выделяет необходимые спектральные компоненты с частотами (2k - 1)Q и выпрямляет их под управлением синхронизирующего сигнала S( , частота которого нечетно-кратна частотеС2. Для того, чтобы, сигнал ощибки по

(|х;рмуле (11) равнялся нулю, требуется, чтобы сомножитель sin ( О) 0. Следовательно, необходимо выполнить условие Q 4, т.е. дополнительно вносимый фазовый сдвиг Q должен компенсировать ошибку синфазировки Cf. Нет необходимости вносить постоянный фазовый сдвиг 90°, как это нео бходимо в том случае, когда сигналом ошибки является постоянньй компонент или компоненты с частотами 2kQ, Поэтому отпадает часть статической остаточной ошибки Дср , которая обусловлена ошибкой поворота фазы (. по формуле, (12).

Т + (

(16)

Это позволяет использовать сии- хронный преобразователь с более низкой глубиной отрицательной обратной связи, которая определяется коэффициентами передачи К и К,, что позволяет получить более хорошие динамические свойства системы автоФаг,1

0

5

0 5

матической синфазировки. В результате уменьшается динамическая часть А остаточной ошибки Л.С/ по формуле (13).

Предложенные варианты синхронного преобразователя позволяют при минимальной сложности повысить точность измерения амплитуды входного сигнала путем автоматической синфазировки работы устройства.

При использовании фильтра низких частот достижимая точность ограничивается сдвигом нуля перемножителя.

Использование фазочувствитель- ного выпрямителя по второму варианту уменьшает погрешность от сдвига нуля. Это позволяет снизить статическую ошибку или уменьшить глубину отрицательной обратной связи, что позволяет Достичь высокой динамической точности автоматической синфазировки.