ФАЗОВЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 90°-го СДВИГА ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ Советский патент 1970 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в цифровых системах уравновешивания электроизмерительных цепей перемеииого тока (мостовых, компенсационных), работающих в непрерывном диапазоне частот.

Известны фазовые указатели 90°-го сдвига двух переменных напряжепий, содержащие два входных каскада, на которые поступают сравниваемые напряжения - сигнальное и опорное, интегрирующий конденсатор, зарядный и разрядный ключи, усилитель-ограничитель с парафазным выходом и усилитель, на вход которого поступает импульс разряда интегрирующего конденсатора. Усилитель-ограничитель управляет работой ключей таким об,разом, что в один полупериод опорного напряжения конденсатор заряжается током от сигнального напряжения, а в другой разряжается. Входные каскады указателя выполнены в виде катодных повторителей напряжения, на выходе которых включены резисторы.

Однако в этих фазоуказателях наблюдается обратная пропорциональная зависимость чувствительности от частоты сравниваемых напряжений, сужающая диапазон рабочих частот указателей. Малая величина чувствительности обусловлена временем интегрирования, равным одному полупериоду опорного напряжения, и необходимостью использования во

входном преобразователе сигнального напряжения в ток при точны-х измерениях высокоомного резистора.

Целью изобретения является повышение чувствительности и ее стабилизации при работе в диапазоне частот.

Для этого усилитель-ограничитель соединен с опорным входом указателя через ключ, управляющий вход которого и управляющий вход разрядного ключа подключены к двум выходам триггера, два раздельных входа которого и входы двух одновибраторов соединены попарно с выходами двух схем совпадений, первые входы которых подключены к выходам упомянутого триггера, второй вход каждой с.кемы совпадения соединен с выходом одновибратора, управляемого другой схемой совпадения, а третьи входы подключены к опорному входу указателя.

Для повышения точности сигнальный входной каскад выполнен в виде усилителя, охваченного относительно входа и выхода глубокой отрицательной обратной связью по току, и замыкающего накоротко его выход ключа, управляющий вход которого соединен со вторым выходом усилителя-ограничителя, а усилитель цепи разряда выполнен в виде импульсиого усилителя с высоким входным соиротивлением, параллельно входу которого включен дополнительный нормально, замкнутый разрядный ключ, управляющий вход которого соединен с управляющим входом основного разрядного ключа через одновибратор, срабатывающий на время, меньщее длительности такта считывания.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого фазового указателя; на фиг. 2 - варианты выполнения сигнального входного каскада и цепи разряда конденсатора соответственно; на фиг. 3 - эпюры напряжений указателя.

Фазовый указатель состоит из собственно преобразовательной цепи и устройства управления зарядным и разрядным ключами. Преобразовательная цепь указателя содержит входной каскад /, преобразующий сигнальное напряжение, поступающее на вход 2, в ток, который при замкнутом зарядном ключе 3 интегрируется конденсатором 4 с емкостью С. Разрядный ключ 5 и усилитель 6 составляЕОТ цепь разряда конденсатора 4. Устройство управления ключами 5 и 5 состоит из усилителяограничителя 7, на вход которого через ключ 5 подается опорное напряжение со входа 9, а выход 10 соединен с управляющим входом ключа 3, триггера II, противофазные выходы которого 12 и 13 соединены соответственно с управляющими входами ключей 5 и 5, двух одновибраторов 15 14 -л двух схем 16 и П совпадения, соединенных таким образом, что на вход одновибратора 15 и соединенный с ним один из входов триггера 11 поступает сигнал с выхода схемы сов-падения 17, на входы которой подаются опорное напряжение, напряжение с выхода одновибратора 14 и напряжение с выхода /2 триггера 11. На вход одновибратора 14 и соединенный с ним другой вход триггера 11 поступает сигнал с выхода схемы 16 совпадения, входы которой соединены с опорным входом Я выходом одновибратора 15 и выходом 13 триггера 11. Входы схем совпадения, соединенные с опорным входом 7, реагируют только на нерабочие полупериоды опорного напряжения.

Для повышения точности указателя входной каскад, преобразующий сигнальное напряжение в ток (см. фиг. 2), выполнен на усилителе IS с разделительным конденсатором 19 «а выходе, ключе W, замыкающем накоротко выход Каскада и -присоединенном своим управляющим входом к противофазному выходу 21 усилителя-ограничителя 7, и резисторе 22 с сопротивлением R, включенным в цепь глубокой отрицательной обратной связи (ООС) по току. Поскольку состояния ключей и 20 всегда противоположны, то усилитель 18 оказывается охваченным ООС в оба полупериода опорного, щапряжения (наличие конденсатора 19 на точности указания не сказывается). Усилитель цепи разряда (см. фиг. 2) выполнен в виде собственно импульсного усилителя 23 с высоким входным сопротивлением и разделительным конденсатором 24 на входе и вспомогательного разрядного н. з. ключа 25, подключенного параллельно входу усилителя 23. Управляющий вход ключа 25 соединен с управляющим входом основного разрядного ключа 5 через одновибратор 26, срабатывающий иа время, меньщее длительности такта считывания. При таком построении с началом такта считывания («1 на выходе 13 триггера //) замыкается ключ 5, срабатывает одновибратор 26 и размыкает ключ 25. Напряжение с конденсатора 4 через разделительный конденсатор 24, заряженный до величины постоя-нного входного смещения усилителя 23 (что особенно важно в транзисторных усилителях), Подается на вход импульсного усилителя 23 в течение всего времени срабатывания одновибратора 26. По возвращении одновибратора 26 в начальное положение ключ 25 замыкается, в результате чего конденсатор 4 оказывается замкнутым накоротко по цепи ключ 5 - ключ 25. Выходное напряжение .в таком указателе имеет вид прямоугольных импульсов, что позволяет легко выделить (по времени) коммутационные помехи.

Если считать, что ключи 3, 5 и 8 разомкнуты, когда на их управляющих входах «О, и замкнуты, когда на их управляющих входах «1, то схемы совпадения срабатывают тогда, когда на их входы с выходов одновибраторов и триггера поступят «1, а со входа- нерабочие полупериоды опорного напряжения. За начальное примем такое положение, при котором (см. фиг. 3) на выходе 13 имеется «1, ключ5 замкнут, на выходе 12 имеется «О, ключи 3 и S разомкнуты, одновибраторы 14 и 15 находятся в невозбужденном состояНИИ, на их выходах «1. Такое состояние устройства соответствует такту считывания, в котором конденсатор 4 разряжается на вход усилителя 6. В момент /о на входы схем совпадения поступает нерабочий (положительный) нолупериод опорного напряжения t/g, при этом срабатывает схема 16 и выдает импульс, переводящий триггер 11 ъ противоположное состояние «1 на выходе 12 и «О на выходе 13 и возбуждающий одновибратор 14 (на его выходе при этом «О в течение времени %. Ключ 8 при этом замкнут, а ключ 3 замыкается в рабочие (отрицательные) полупериоды опорного напряжения И-,, конденсатор 4 интегрирует выходной ток каскада 1, совпадающий по фазе с сигнальным напряжением f/aПо возвращении одновибратора 14 в невозбужденное состояние («1 на его выходе) схема совпадения 17 с приходом первого нерабочего (положительного) полупериода напряжения Ug срабатывает, возвращает триггер 11 в первоначальное состояние («О на выходе 12) и («1 на выходе 13} и возбуждает одновибратор 15, с выхода которого в течение времени TIS снимается «О. Ключи 3 и S размыкаются, а ключ 5 замыкается, происходит разряд конденсатора 4. После перехода одновибратора 15 в невозбужденное состояние вся схема полностью возвращается к первоначальному положению. Далее процесс повторяется. Предмет изобретения 1. Фазовый указатель 90°-го сдвига двух напряжений, содерл ащий сигнальный входной каскад, выход которого через зарядный ключ соединен с интегрирующим конденсатором, усилитель в цепи разряда, нодключенный к интегрирующему конденсатору через разрядный ключ и усилитель-ограничитель с нарафазными выходами, один из которых соединен с управляющим входом зарядного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и ее стабилизации при работе в диапазоне частот, утюмянутый усилительограничитель соединен с опорным входом указателя через ключ, .управляющий вход которого и управляющий вход разрядного ключа подключены к двум выходам триггера, два раздельных входа которого и входы двух одновибраторов соединены попарно с выходами двух схем совпадений, первые входы которых подключены к выходам упомянутого триггера, второй вход каждой схемы совпадения соединен с выходом одновибратора, управляемого другой схемой совпадения, а третьи входы подключены к опорному входу указателя, 2. Указатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения точностн, упомянутый входной каскад выполнен в виде усилителя, охваченного относительно входа и выхода глубокой отрицательной обратной связью по току, и замыкающего накоротко его выход ключа, управляющий вход которого соединен со вторым выходом упомянутого усилителя-ограничителя, а усилитель цепи разряда выполнен в виде импульсного усилителя с высоким входным сопротивлением, параллельно входу которого включен дополнительный нормально замкнутый разрядный ключ, управляющий вход которого соединен с управляющим входом основного разрядного ключа через одновибратор, срабатывающий на время меньщее длительности такта считывания.

35

:

12

13

Ляаяк:хя.х.зл

19

нз

22 го

73

4h

: л А /

Рабочий полупериоВ

А А