Преобразователь разности фаз в напряжение Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

(Л

С

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной технике Цель расширение области применения, повышение быстродействия и снижения динамической погрешности Преобразователь разности фаз в напряжение содержит усилители ограничители 1 и 2, двухканальные формирователи 3 и 4 импульсов, интегратор 5 формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8 релаксатор 9, преобразователь 10 скважность напряжение двухканальный форми- роватепь 11 импульсов и элемент 12 развязки Цель достигается за счет регистрации границ 360°-циклов, повышений быстродействия преобразователь скважность-напряжение и развязывающих конденсаторов на входах элементов развязки 1 з п.ф-лы 4 ил

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

Цель изобретения - расширение области применения, повышение быстродействия преобразователя и снижение его динамической погрешности

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг 2 и 3 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу, на фиг. 4 - пример выполнения двухканального формирователя импульсов, элемента развязки и их соединений с преобразователем скважность - напряжение

Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3, 4, 5 импульсов, интегратор 6, триггеры 7 и 8,

релаксатор 9. преобразователь 10 скважность-напряжение двухканальный формирователь 11 импульсов элемент 12 развязки

Входами преобразователя являются входы усилителей-ограничителей 1 и 2, соединенных выходами соответственно со входами первого формирователя 3 импульсов BTOpoio формирователя 4 импульсов и третьего формирователя 5 импульсов, последний выходом через последовательно соединенные интегратор 6 и релаксатор 9 соединен со вторым входом первого формирователя 3 и третьим входом преобразователя 10 скважность - напряжение, первый формирователь 3 первым выходом соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом - с первым входом триггера 8 второй формирователь 4 импульсов первым выходом соединен со вторым входом триггера 7, а вторым выходом - со вторым входом

о

00

XJ СП

N5

триггера 8, выходы триггеров соединены с первым и вторым пходами преобразователя 10 скважность-напряжение, первый выход которого является выходом устройства, а второй пыход соединен со входом двухка- иального формирователя 1 1 импульсов, выходы которое, являющиеся вторым и третьим выходами устройства, соединены также через элемент 12 развязки с дополнительными пходами преобразователя 10 скважность-напряжение. Интегратор преобразователя 10 скважность-напряжение состоит из последовательно соединенных интегратора на элементах 13-15 (Ri, Ri . Ci) интегратора на элементах 16-17 (Ra, C2) и интегратора нл элементах 18. 19 (Рз О)

Доухканальный формирователь 11 им пульсов содержит дифф.еренцнрующ, ю цепь 20, выход которой через диоды 21, 2 соединен со входами одновибраторог 23 и 24.

Элемент 12 развязки содержит два эне нл 25 и 26 развязки, на входе каждого из которых включены разделительные конденсаторы 27, 28.

Выходы звеньев 25, 26 развязки соединены соответственно с точками соединение резистора 16 и конденсатора 17 и ретисторз 18 и конденсатора 19. Вход дифференцирующей цепи 20 соединен с точкой соединения резистора 14 и конденсатора 15.

Преобразователь работает следующим образом.

Входные сигнапы Lh и U усиливаются и ограничиваются {фиг 2 а. б) усилителями- ограничителями 1 и 2. Выходное пэпряже нив усилителя-ограничителя 1 (фиг. 2 в), Фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала Ui (фиг. 2 а), поступает на вход доухканалыюго коммутируемого формирователя 3 импульсов пы- ходные импульсы которого (фш. 2 д, е) соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя 1. При измерении разностей фаз, удаленных от 0 и 360°. импульсы, показанные на фиг. 2 д,поступают на шину а, а импульсы, показанные на фиг. 2 е, - на шину б. Выходное напряжение усилителя-ограничителя 2 (фиг. 2 г) поступает на вход двухканальногп формирователя 4 импульсов. Выходные им пульсы этого формирователя (фиг. 2ж, з) соответствуют переходам через нуль симылл U2 (фиг. 2 б), импульсы, показанные на фиг 2 ж, з - на шину в , г. Триггеры 7 и 8 на которые поступают импульсы по шинам а и в, б и г соответственно, формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами рез нуль в одном направлении сшчалл i Ь

и U2 длительностью Л ti - 12 -11, Д t2 щ ta (фиг, 2 и, к). Выходные сигналы с триггеров 7, 8 поступают на входы преобразователя 10 скважность-напряжение, который

вырабатывает напряжение пропорциональное (Дц Л t2)/21, т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов указанных трип еров (I период сигналов Ui, 1)2).

С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сигналы (фиг. 2 в, г) поступают также на входы формирователя 5 импульсов, реализующего операцию НЕТ-И (возможный вариант выполнения этой операции: один из сигналов, показанных на фиг. 2 в, г, инвертируется и вместе с другим сигналом поступает на схему И) Па выходе формирователя 5 импульсов вырабатывается последовательность импульсов, длительность которых равна временному интервалу, в течение которого положительное напряжение сигнала Ui совпадает с отрицательным напряжением U2. либо положительное напряжение U2

- с отрицательным напряжением UL

Импульсные последовательности с выхода формирователя 5 импульсов (длительность импульсов в этих последовательностях равна Л ц или At2) nocij пают на вход интегратора

6 Усилитоли-orpai- ;чители 1 и 2, формирователь 5 импульсов и интегратор 6 образуют фазомотрический преобразователь разность фаз-напряжение, реализующий принцип работы фазометров с перекрытием.

Зависимость выходного напряжения интегратора 6 от разности фаз между Ui и U2 показана на фиг 3 а

По уровням U и U срабатывает релаксатор 9, вход которого соединен с выходом

интегратора 6. Выходное напряжение релаксатора 9, зависимость которого от разности фаз между Ui и U.: показана на фиг. 3 б, поступает на управляющий вход коммутируемого двухканального формирователя 3 импульсов и преобразователя 10 скважность-напряжение. При напряжениях на входе релаксатора 9. меньших U , на его выходе устанавливается высокий логический уровень напряжения, а при напряжениях,

больших U1 релаксатор 9 возвращается в состояние с низким логическим уровнем выходного напряжения. Если сигналы зашумлены, то изломы на фиг. За отсутствуют - зависимость выходного напряжения интегратора 6

от разности фаз между Ui и U2 показана пунктиром, Это мертвые зоны преобразователя с перекрытием. Поскольку релаксатор 9 переключается напряжениями, удаленными от мертвых зон, существование последних не сказывается на работе устройства,

При разностях фаз между Ui и 1Ъ вблизи О и 360° (интервал (pi - рз на фиг, 3) выходное напряжение релаксатора 9 управляет коммутируемым двухканальным формиро вателем 3 импульсоо таким образом, по последовательность импульсоо, показанная на фиг. 2д, поступаот на шину (У я после довательность импульсов, показанном на фиг. 2 е, - на шину а. Это может быть реализовано, например, перекрестной коммутацией сформированных по нуль-переходам импульсов с помощью двухпозиционнот переключателя, либо формированном импульсов при верхнем логическом уровне напряжения на выходе релаксатора из намря жения, противофазного показанному Э фиг 2 в.

При этом на вилодах .р -ыгров 7 , В длительности импульсов раины ь и и t 13 . Во время действия на управляюще1 two де двухканального коммутируемого Форми рователя 3 импульсов перхнего логического уровня выходного напряжения релаксатора 9 импульсы с триггеров 7 и 8 полуаюг при ращения по длительности, соответствующие заштрихованным участкам на фиг 2 и к. Сумма этих участков по длительности равна периоду сигнала 1а как выходное на-тртже- ние преобразователя О сквт сносп,-пттрч жение пропорционально опт.пенип полусуммы длительностей импульсоч на mi ходе триггеров 7 и 8 периоду cuni им го вносимый при высоком логическом уровне выходною напряжения релаксатора 0 |пзо вый сдвиг равен 180°

Выходное напряжение с рела гаюра & (фиг. 36) поступает так же на 3 и в/од преоб разователя 10 скважность-напряжение и суммируется в нем таким образом что при высоком логическом уровне этого напряже ния выходное напряжение преобразовате ля 10 скважность-напряжение изменяется на 180°. т.е. компенсируется дополнительный фазовый сдвиг 180° В результате зави симость напря кения на первом пыходе преобразователя 10 от разности фаз имеет вид, показанный на фиг 3 в Еглп бы компенсирующее напряжение с выхода релаксатора 9 не подкралось на n/од преобра зователя 10 скважность-напря-кени выходное напряжение устройства имело бь вид, показанный нл фиг Зг

Импульсы с рг таксатора 9 при обратном направлении изменения разности фаз показаны на фиг 3 д а напряжение на первом выходе преобразователя 10 - на фиг. 3 е. Смещение Фг/онтлв сигналов на

фиг Зд, и ишо ительно показанных rt,i фиг 3 б, п, обьяснчется гесгерезпсом pe/,ui с.ю- ра 9, Как гыдно из фиг. 3 б, о и 3 д, е, при идиом направлении измен чшч разности

фаз границам 360°- циклоп изменения выходного сигнала на фиг. 3 р соответстгуют отрицательные фронты напряжения с ьыхо да релаксатора (фиг. 3 б), а при обратном направлении изменения разности ф ,,

0 3 с) - положительные фронты (фит 3 д С;.с допательно, импульсы с релаксатора 9 мс+ но использовать для отсчета пройденных ЗбСГ-циклов лишь при известном и не изменяющемся в процессе измерения nanpjD/;eГ) нии изменения разности фаз Перепады напряжения на фиг. Зв, е имеют конечную длительность, что понижает реальное быстродействие преобразователя (гм вы,, Для устранения указанных недостатков

П одна из интогрирующи цепоче из эле - ei топ 4 15 в преоСфазьоателе 10 скважнс сть напряжение выполняется с yMenbUjehHon постоянной времени (первач, если и-.a ix.o диг в состав фильтр.ч этого прообразовято

5 ли) Выходное напряжение згой цепочки может содержать заметную состати чющую частоты сигнала Напряжение с гыхода этой цепочки используется длл определения мо MCI тэ перепада о 1ходмого напряжения

0 преобразователя 1C (т е границы ля) и его si пг.а, т е по выходному гмирты нию цепочки формиропатоль 11 имгульсс в ираблтыпает две последлратепшосм iv пульсоь соответствующих ,яг;лм на

Г) пряжения на фиг 3 и Зе и поклзани - ч i фиг и Зз, соотьимстненно тп сы могут быть исполиовчны длл отсчета прем денных 360°-циклов с помощью ного счетчика

0Эти же импульсы через ллемент 12 роз

вязки поступают на прробрэзотатель 10 сктзажиость-напряженпе где осумисстигятн форсированный переза }яд онденгаюроп филыра При фиксированной длин3 1ьногти

5 импульсов показанных на фиг 1 и Зз и Зоданньк :окйх перезаряда чюры могут быть перезаряжены ичьг на величину соотнетсгв/ющую 3ROn г р|п паду напряг eni q на фиг Зв Зе ВПРМЯ п.реззря

0 да равно длительности импульго ча бит 3/1- з и мохет бы i ь умен .игено до требуемой величины выбором необходимой пк пере- зар да Поскольку отсчеты разности фаз пи выходному напряжению преобртзоглтеля

5 делаются с определенным интенв а не непрерывно, целесообр ммо умеимпоть длительность порегтндпн i.anp м - чи-i на Ф/.г. Зв е до пеличинн Э101П ни , т i a

Ни фиг 4 показ-i1 KOI.I Г т i i- j пант рыполпения фирк ир 1, г--1, i оь и

элемента развязки 12. Напряжение с выхода интегрирующей (элементы 13, 14, 15) цепочки с пониженной по сравнению с двумя другими (на элементах 16, 17 и 18, 19) постоянной времени поступает на дифференцирующую цепь 20. В зависимости от направления изменения разности фаз дифференцирующая цепь 20 выдает импульсы положительной или отрицательной поляр ности. Эти импульсы через диоды 21 и 22 запуска поступают на одновибраторы 23 и 24, выполненные соответственно на транзисторах типа n-p-п и p-n-р. В зависимости от направления изменения разности фаз и, соответственно, полярности импульсов заму ска сраб.атывает только одми из одновибрагоров 23 и 24. Импульсы с одно- виСраюров 23 и 24 через звенья 25 и 26 развязки поступают на перезаряд конденсаторов 17,19 интеграторов преобразователя 10 скважность-напряженно. Звенья 25, 26 развязки на p-n-р и п р-n транзисторах соответственно содержат по два параплель- но включенных каскада по схеме с общей базой - по числу конденсаторов, подлежащих перезарядке.

Преобразователь рчзности фаз в напряжение позволяет расширить область приме- нения за счет регистрации iран и ц

-

Вход

BxodlT

360°-циклов, повысить его быстродействие за счет повышения быстродействия преобразователя скважность-напряжение, а также уменьшить динамическую погрешность 5 преобразователя за счет введения разделительных конденсаторов перед элементами развязки.

Формула изобретения

1Преобразователь разности фаз в на- 10 пряжение по авт. св. № 1337811, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения быстродействия, он снабжен двухканальным формирователем импульсов и элементом 15 развязки, причем вход двухканального формирователя импульсов соединен с дополни- тельным выходом преобразователя скважноегь-напряжение, а выходы, являющиеся вторым и третьим выходами преобра- 20 зователя, соединены также со входами элемента развязки, выходы которого соединены с дополнительными входами преобразователя скважность-напряжение.

2Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- 25 щ и и с я тем, что, с целью уменьшения

динамической noi решности, элемент развязки содержит два развязывающих звена, вход или выход каждого из которых соединен с разделительным конденсатором. 30

а

i/

шттшк

УШШЯГЛ

3

t3 Ь

t

/

t

-j. /

/

/

,

фиг 2

и и

%

JH

4з у

вюд tвходП