Устройство цифрового регулирования фазы в широком диапазоне частот Советский патент 1977 года по МПК G01R25/04 

1

Изобретение относится к радиотехнике, предназначено для программного цифрового изменения начальной фазы синусоидального напряжения в автоматизированных системах контроля радиоэлектронного оборудования, может быть использовано в автоматическихинформационно - измерительных системах, а также в автоматических фаэо -когерентных системах контроля, управления и связи..

Известно устройство цифрового регулирования фазы в широком диопазоне частот содержащее квадратурный расщепитель фазы, состоящий из двух логарифмических преобразователей фазы с объединенными

входами, двух движковых активных делителей напряжения, первые входы которых соединены с выходами логарифмических преобразователей фазы квадратурного расщепителя фазы, вторые входы подключенык щин нулевого потенциала, подвижные контакты делителей подключены ко входам суммирующего каскада ij .

Основные недостатки известного устройства : - низкое быстродействие из-за наличия в схеме, активных делителей напря-жения с движковой установкой и фиксировй нием коэффициентов деления амплитуд фазорасщепленных составляющих путём изменения составляющих сопротивлений относительно нулевого потенциалавручную или электромеханическим приводом, что составляет сотнк миллисекунд времени;

- малая точность, обусловленная низкой разрешающей способностью потенциометрической-установки коэффициентов деления двух напряжений, ошибками механической редукции привода и градуировочной шкалы индикации регулируемого фазового сдвига, а также большой ошибкой установк фазовых сдвигов,-особенно в пределах фазовых значений 45 135° 225,°315° и в пределах OJ 90° 180,27 0°, вызванной изменением сопротивлений в-подвижных контактах потенциометров (являющихся aKt тивными депителями напряжения) относительно точек нулевого потенциала, которые при регулировке фазового сдвига изменяются квадратурно от полного номинального значения сопротивпсзния каждого дели{ .Пй до нуля (движок смещается по потен- циометрическому депитепю в точку эемпя например, при значениях фазового сдвига О и 90°, что оказывает шунтирующее влияние на суммирующий каскад, внося ощибку квадратурного изменения амплитуд рас-, щеппенных сигн-алов; - невозможность использования в системах автоматического контроля, управпе-, ния и связи с управляющей ЦВМ для работы в реальном масштабе машинного времени по заданной циклограмме в соо,- ветствии с требуемым для процессов автоматического контроля и управления быстродействием. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности регулирования - дост1-п ается тем, что в устройства цифрового регулирования фазы в щироком диапазоне частот, содерлсащее регистр, расщепитель фазы, коммутатор, коммутирующие входы которого подключены к выходам расщепителя фазы, а управляющий вход подютючен к одному из выходов регистра, суммирующий, каскад, введены два преобразователя код - напряжение, входы этапонных напряжений которых подключены к выходам коммутатора, а выход каждого из преобразователей подключен к cooтвeтcтвyющe y входу суммирующего каскада, выход которого является выходом устройства. На чертеже приведена структурная схем устройства. Квадратурный расщепитель фазы 1, преобразующий входное синусоидальное напряжение путем его расщепления на два синусоидальных напряжения, взаимно сдвинутых по фазе на 90 во всем рабочем диапазоне частот, состоит из двух логарифмических преобразователей фазы 2 и 3, входы которых объедине11Ы вм.есте, а вы .ходы, являясь раЗнофазовыми выходами рас щепителя, подключены к соответствующим коммутирующим входам коммутатора квадрантов 4, В качестве преобразователей фазы расщепителя 1 применены операционные логарифмические усилители с фазорасшепляющими цепочками, имеющими постоянные коэффициенты передачи в рабочем диапазоне часто т. Коммутатор квадрантов 4 предназначен для программного автоматического переклю чения расп1еппенных по фазе квадратурных синусоидальных. напряжений с разнофазо- вых выходов расщепителя фазы 1 на входы эталонных напряжений преобразователей код - напряжение, что обеспечивает фа&о вый сдвиг на 180 , расщиряя диапазон фа зовращения до 360° j коммутатор состоит из быстродействующих герконовых реле. которые подключены, к регистру памяти 5. Дпя более скорого переключения квадрантных фазовых значений (с J мсек до 1 мксек) вместо герконов можно использовать известньгй элемент электронной аналоговой коммутации. Регистр памяти 5 предназначен для восприятия от ЦВМ или пульта управления двоичного кода установки фазового сдвига между входным и выходным синусоидальными напряжениями предлагаемого устройства цифрового регулирования фазы, для хранения этого кода и для обеспечения воздействия кодом на преобразователи код - напряжение , для создания детерминированных приращений упомянутого фазового сдвига, автоматически изменяемых пропорционально записанному в регистр 5 коду; он состоит из (р + к) статических триггеров, объединяюuinx две группы по Р/2 триггеров в каждой, и одной дополнительной группы из К триггеров, необходимых для управления KOMivfyTaTOpOM квадрантов 4. Преобразователи код - напряжение 6 и 7 предназначены для программного быстрого изменения уровней (амплитуд) расщепленных по фазе с помощью расщепителя 1 синусоидальных напряжений, поступающих на соответствующие входы эталонный напряжений преобразователей, пропорционально кодам установки уровней. Каждый преобразователь сохраняет свое выходное сопротивление во всем диапазоне преобразования уровней, так как содержит многоразрядные резисторные делители 8 и 9 и .поразрядно связанные с ним логические .-шючевые схемы 10, 11 стробирования синусоидальных напряжений и потенциалов земля на разрядные входы делителей 8 , 9 соответственно набранным по программе в регистр памяти 5 кодовым сочетаниям единичных и нулевых потенциалов, воздействующих на разрядные входы преобразователей 6 и 7, к которым подключены разряд.ные выxqnbi регистра памяти 5. Суммирующий каскад 12 предназначен для сложения на общей нагрузке двух си1 усоидальных напряжений - синфазного и квадратурного, амплитуды которых изменяются с помощью преобразователей коднапряжение 6 и 7 в заданном кодами отнощении, которое в рассматриваемом примере является силу с но-косинусным. Входы суммирующего каскада 12 подключены к выходам преобразователей код- напряжение 6 и 7, Логарифмические преобразоватепи фазы 2 и 3, предназначенные для расщеггпения входного синусоидального напряжения на два напряжения, находящиеся в фмоорюй квадратуре относитепьно друп друга и преобразованных, например, по логарифмическому закону, выпопнены по известным- схемам. Логические ключи квадратурного и синфазного сигналов 10 и 11 предназначены для стробирования синусоидальных напряжений, соответственно синфазного и квад ратурного, и потенциалов земля на разрядные входы многоразрядных резисторных делителей 8 и 9 в соответствии с набранным по программе -в регистр памяти 5 кодовым сочетанием единичных и нулевых потенциалов} быстродействующие логически электронные ключи, коммутирующие аналрг вые сигналы с помощью импульсных (потенциальных) сигналов управления, выполнены по известным схемам. Резисторные делители 8 и 9 предназначены для весового сложения синусоидаль ных напряжений, поступающих на их многоразрядные входы по программно в„ бранны сочетаниям разрядных входов каждого делителя и для формирования синфазного и квадратурного синусоидальных напряжений с программно обработанными амплитудам по методу цифрового весового преобразования. Предлагаемое устройство цифрового ре-гулирования фазы синусоидального напряже ния в .широком диапазоне частот работает следующим образом. В регистр памяти записывается из ЦВМ или пульта управления двоичный код - W ,, установки фазового сдвига Vpgj, между (Jи в виде где: Ny - код установки уровня (амплиту ды) синфазного расщеппенного синусоидального напряжения j Ny - код установки уровня (амплитуды) квадратурного расщепленного синусоидального напряжения; N1 - код управления коммутатором 4 для подключения выходов преобразоватеглей фазы 2 и 3 расщепит911Я 1 соответственно ко входам преобразователей 6 и 7 при установке фазовых сдвигов от О до 9О°, или - соответственно ко входам преобразователей 7 и 6 при установке фазо вых .сдвигов от 90 до 270 , или соответственно - ко входам преобразователей 6 и 7 при установке фазовых сдвигов от 270 до ЗОО°. Входное синусоидальное напряжение U. поступает в квадратурный расщепитель фаэы 1, где ггреобразуются преобразователя- ми 2 и 3 по riorap(MH4ecKONfy закону фазы два квадратурно расщепленных по фазе синусоидальных напря).ений. С разнофазовых выходов расщепителя 1 квадратур.но расщепленные по фазе син. соидапьные напряжения U, коммутатор 4 поступают на соответствующие входы преобразователей 6 и 7 в зависимости от состояния коммутатора 4, определяемого кодом N для выбра шых по программе значений фазовых : соответствующем..квадранте (О - 90 , 270-360°или 90-270°). Преобразователи код - напряжение 6 и 7, на входы эталонных напряжений которых поступают синусоидальные фазо-квадратурные напряжения с одинаковыми амплитудами, преобразуют эти амплитуд.ные х значения по синусно-косинусному закону в соответствии с программой цифрового управления преобразователями, задаваемой кодами N,. . Суммирующий каскад 12 ,складывает на активной нагрузке расщепленньзе по фазе синусоидальные напряжения с квадратурно преобразованными амплитудами, и на его выходе образуется равнодействующее выходное синусоидапьное напряжение, сдвинутое по фазе относительно входкого на автома тически устанавливаемую величину регулируемого фазового сдвига; при этом начальный фазовый сдвиг может компенсироваться программно. Предпагаемое устройство можно построить и с противофазным расщеплением входного синусоидаиьного налряжекнк, так как коммутатор 4 обеспечивает раз- личные варианты подключения разнофазовых выходов .расщепителя 1 к преобразователям 6 и 7 ; при этом суммирующий каскад совмещает и функцию фазос двигающей цепи + 45 и - 45 для складывающих составляющих в рабочем диапазоне частот. Устройство цифрового регулирования фазы си.лусои;1ального напряжения в широком диапазоне частот по сравнению с известными устройствами дает С)1едующий положительный эффект ; - построение дискретнологической цифровой структуры синуснокосинусного преобразования ; амплитуд синусоидальных фазоквадратур 1ых ;ндпряжений по более экономич.ной и простой схеме на интегральных логических микроэлементах вычислительной техники, что искт чает.использование си.нусно - косинусных вращающихся трансформаторов, потенциометров с различ.ными переключателями, а также электромеханических устройств прецизионного управления. при этом более чем на четыре порядка повыщается быстродействие, а точность преобразования улучшается не менее