Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/08 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электрорадиоиэмерительной технике и может быть использовано при разработке ци ровых фазометров-повышенных метроло гических характеристик. Известен цифровой фазометр, содержащий входные согласующие устрой ства, стробоскопические преобразова тели на туннельных диодах, токовые ключи, логический элемент:Исключающее ИЛИ , генератор квантующих импульсов, времязадающую схему из делителя частоты и триггера, а такж логический элемент И и счетчик импульсов 1 . .СущестаeHHbiMii недостатком этого устройства является очень узкий диа пазон входного сигнала по причине небольшого размаха вольт-амперной характеристики туннельных диодов. Расширение динамического диапазона путем введения обратной связи в каж дом канале сопряжено с увеличением амплитудно-фазовой погрешности. Целью изобретения является расширение динамического диапазона вхо ных сигналов при малой амплитудно-фазовой погрешности. Это достигается тем, что предложенный цифровой фазометр 2,содерж щий два канала, каждый из которых включает в себя входные согласующие блоки, выходы которых подсоединены к первым входам стробоскопических преобразователей, ко .вторым входам которых подсоединен выход генератора квантующих импульсов, выходы стробоскопических преобразователей подсоединены ко входам токовых ключей, логический элемент Исключающее ИЛИ , подсоединеиньлй выходом к одному из входов элемента И, ко второму входу которого подсоединен выход времязадающей cxeNttJ, состоящей из последовательно соединенных -делителя частоты и триггера, а ее вход подсоединен к выходу генератора квантующих импульсов, выход схемы совпадений подсоединен ко входу с етчика импульсов, снабжен в каждом канале модулятором, зарядио-разрядной цепью. фазовращателем на 90 и формирующим блоком, причем выход генератора квантующих импульсов подсоединен к третьему входу элемента И, один вход модулятора - к выходу токового ключа, а другой - .к выходу фазовращателя на 90, ко входу которого подсоединен один из выходов заряднрразрядной цепи, другой ее выход подсоединен ко входу формирующего блока и к третьему входу стробоскопическог преобразователя, вход зарядно-разряд ной цепи подсоединен к выходу модул тора, а выходы формирующих блоков первого и второго каналов подсоедине ны к первому и второму входам логического элемента Исключающее ИЛИ На чертеже показана структурная схема предложенного фазометра. Он состоит из :входных согласующих блоков 1, 2, стробоскопических преобразователей на туннельных дио дах 3, 4, токовых ключей 5, 6, заряд но-разрядных цепей 7, 8, фазовращате лей 9, 10 на 90°, модуляторов И, 12, формирующих блоков 13,14, логиИсключающее ИЛИ ческого элемента 15, элемента И 16, счетчика импульсов 17, времязадающей схемы, состоящей из делителя частоты 18 и триггера 19, генератора квантующих импульсов 20. Работает фазометр следующим образом. Входные сигналы, сдвиг фаз между которыми предстоит Измерить, поступают на входные согласующие блоки 1, 2. На стробоскопические преобразователи на туннельных диодах 3 (4) поступают токи входного сигнала, ток генератора 2& и токи смещения от зарядно-разрядных цепей 7 (8). В резул тате работы схемы компенсации- туннел ные диоды в каждом такте устанавливаются в положение на грани срабатывания, а на выходе зарядно-разрядной цепи формируется напряжение, по форме совпадающее со входным сигналом или инвертированное относительно него. Цепь модуляции работает следующим образом, модуляции подвергаются импульсы с выхода токовых. ключей. При положительной максимальной крутизне входного сигнала длительность импульса должна быть макси мальной. При отрицательной максималь ной крутизне длительность импульса должна быть минимальной. При нулевых значениях крутизны длительность импульсов должна равняться среднему значению. Таким образом, модуляция должна производиться по закону производной от входного колебания при условии, что преобразованная частота постоянн (для этой цели введены фазовращатели 9 и 10 на ) . Формирующие блоки 13, 14 преобразуют синусоидальную форму напряжений с выхода цепей 7 прямоугольной фор№j. Логический элемент Исключающее ИЛИ 15 формарует импульс, длительность которого пропорциональна измеряемому; сдвигу.фаз, ,Эти импульсы квантуются « э кменте И 16 импульсамь генератора 2и. Общее количество импульсов просчитывается счетчиком 17 за время, формируемое времязадающей 00 схемой из делителя частоты 18 и тригл ера 19. Уменьшение амплитудно-фазовой погрешности происходит за счет того, что при срабатывании туннельного диода формируется стандартный по длительности и амплитуде импульс. Накопительная емкость зарядно-разрядной цепи в отсутствии импульса туннельного диода непрерывно разряжается на определенную величину. В результате заряда накопительной емкости ток смещения туннельного диода увеличивается, т.е. рабочая точка на первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода (ВАК ТД) приближается к пику ВАХ ТД. В результате срабатывания туннельного диода рабочая точка несколько опускается по БАХ. В целом это приводит к тому, что рабочая точка следит за изменениями сигнала, а на зарядноразрядной цепи формируется напряжение, по форме повторяющее входной сигнал или инверсное по отношению к нему. Описанные процессы остаются такими же для случая, когда частота сигнала выше частоты квантующих импульсов. Поскольку процессы заряда-разряда накопительной емкости определяются только параметрами схемы и не зависят от характера сигнала, в частности его крутизны, возможны значительные фазовые сдвиги первой гармоники преобразованного сигнала, зависящие от амплитуды входного сигнала. Всякое расширение динамического диапазона при постоянной преобразованной частоте связано с резким увеличением амплитудно-фазовой погрешности. Для уменьшения этого явления в предложенном фазометре используется модуляция длительности импульса туннельного диода. Формула изобретения Цифровой фазометр, содержамий два канала, каждый из которых включает в себя входные согласующие блоки, выходы которых подсоединены к первым входам стробоскопических преобразователей, ко вторым входам которых подсоединен выход генератора квантующих импульсов, выходы стробоскопических преобразователей подсоединены ко входам токовых ключей, логический элемент Исключающее ИЛИ соединенный выходом к одному иэ входов элемента И, ко второму входу которого подсоединен, выход времяэадающей схемы, состоящей из последовательно соединенных делителя частоты и триггера, а ее вход подсоединен к выходу генератора квантующих импульсов, а выход схенаа совпадений, подсоединен ко входу счетчика импульсов, отличающийся

тем, что, с целью расширения динамического диапазона при малой амплитудно-фазовой погрешности, он снабжен в каждом канале модулятором, зарядно-разрядной цепью, фазовращателем на 90 и формирующим блоком, причем выход генератора квантующих импульсов подсоединен к третьему вхду элемента И, один вход модулятора - к выходу токового ключа, а другой - к выходу фазовращателя на 90 , ко входу которого подсоединен один из выходов зарядно-разрядной цепи, другой ее выход подсоединен ко входу формирующего блока и к

третьему входу стробоскопического преобразователя, вход зарядно-разрядной цепи подсоединен к выходу модулятора, а выходы формирующих блоков первого и второго каналов подсоединены к первому и второму входам логического элемента Исключающее ИЛИ .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство № 207997, G 01 R 25/00, 1967,