Управляемый фазовращатель Советский патент 1981 года по МПК G01R25/04 

(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к фазо-измерительной технике и может быть использовано при построении кали- браторов фазового сдвига и счетнорешающих устройств навигационного типа.

Известны фазовращающие устройства, содержащие фазосдвигающий усилитель и сумматор Г. Однако им свойственны невысокая точность преобразования -углового перемещения в фазовый сдвиг как при изменении температуры, так и при изменении частоты входного сигнала, малое быстродействие, большой вес и габариты. Они работают с входным сигналами в виде угловых перемещений .

Цель изобретения - повыяение .точности .,,

Достигается это тем, что в фазовращатель, содержгиций фазосдвигающий усилитель и сумматор, введен инвертор, контур регулирования фазы и контур регулирования амплитуды, причем первые входы контуров регулирования фазы и амплиту да соединены с входом инвертора, выходам которого соединен с вторыми входами контуров регулирования, выходы -ПО

следних соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, а выход сумматора присоединен к третьим входам контуров регулирования. Кроме того, контур регулирования амплитуды выполнен в виде последовательно соединенных измери- . тельного выпрямителя, элемента сравнения, усилителя разбаланса и лам0почки наксьпивания фоторезистора, соединенного с резистором и входом фазосдвигающего усилителя, выход которого соединен с выходом контура регулирования, вход измеритель5ного выпря1у1ителя, свободные выводы резистора и фоторезистора соединены соответственно с третьими, вторыми и первыми входами контура регулирования. Кроме того, контур регули0рования фазы выполнен в виде последовательно соединенных фазового детектора, элемента сравнения, усилителя разбаланса, лампочки накаливания, фоторезистора, соединенного

5 с резистором и входом усилителя переменного напряжения, выход которого соединен с выходом контура регулирования, первый вход фазового Детектора соединен со свободным выво0цом фоторезистора, свободный вывод резистора и второй вход фазового детектора соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами контура .регулирования. На фиг. 1 приведена структурная схема управляемого фазовращателя; на фиг. 2 - векторная диаграмма. Схема содержит контуры регулирования по фазе 1 и по амплитуде 2, инвертор 3, сумматор 4. Контур 1 регулирования по фазе C тоит из лампочки накаливания 5, фото резистора 6, постоянного резистора 7,усилителя переменного напряжения 8,фильтрующего -усилителя разбаланса 9, элемента сравнения 10 и фазового детектора 11. Контур регулирования по амплитуде 2 состоит из лампочки накаливани 12, фоторезистора 19, постоянного резистора 14, фазосдвигающего усили теля 15, фильтрующего усилителя раз баланса 16, элемента сравнения 17 и измерительного выпрямителя 18. Схема предназначена для изменени фазы входного синусоидального напряжения в диапазоне (0-360°) пропорционально управляющему напряжению cL , причем амплитуда выходного сигнала остается постоянной и не зависит от величины oG . Устройство работает следующим об разом. Фазосдвигающий усилитель 15 настраивается таким образом, чтобы ег выходной сигнал был сдвинут на 90° по отношению к сигналу U ,в то; время, как выходной сигнал усилителя переменного напряжения 8 совпадает по фазе напряжения с сигналом U В этом случае взаимное положение векторов Ug и и 15 соответствует векторной диаграмме на фиг. 2. Полагаем, что направления Ug и Uj соответствуют положительным направле ниям, а Ug и и|5 соответствуют отрицательным направлениям осей. Положим, что на выходе блоков 8 и 1 имеются напряжения Ug и U,. В этом случае результирующий сигнал на выходе блока 4 авен геометрическо сумме векторов Ug и и,, причем ,V, где U,.. |0,5l arg U arctg -rj- 8 Напряжения, пропорциональные си налам, определяемым по формулам (1 и (2), выделяются блоками 8 и 11 и подёцотся на элементы сравнения 17 и 10. На элементе сравнения 17 происходит сравнение величин U4 и А, а на элементе 10 - величин оС и ф Возникгиощие в результате сравнения сигналы разбаланса ди,о и AU,-f, пода тся на фильтрующие усилители 9 и 6, которые усиливают эти сигналы, реобразуя их в токи, протекающие ерез лампочки накаливания 5 и 12. оследние изменяют сопротивления оторезисторов 6 и 13 так, чтс вести сигналы рассогласования iUio AU|-j- к нулю. При большом коэффициене усиления блоков 9 и 16 можно поагать, что AU,. Отсюда еле-, ует, что Uie 06 atctg A -fUI+U аким образом, в установившемся режию на выходе блока 4 образуется сигнал и равный ,.A sin(oJt+K2ct), где К - коэффициент преобразования постоянного напряжения А в амплитуду переменного напряжения, определяется коэффициентом передачи контура регулирования амплитуды; Kg - коэффициент преобразования постоянного напряжения в фазу выходного синусоидального сигнала, определяется коэффициентом передачи контура регулирования фазы. : Поскольку всегда можно установить К , то можно полагать, что . .sin{uit+a.). Из формулы (3) и (4) следует, что сигналы с выходов блоков 8 и 15 изменяются по закону cos (и sin об Изменяемые величины об приводят к пропорциональному изменению фазы выходного сигнала (6) при сохранении постоянства амплитуды. Рассмотрим этот режим более подробно . Изменение величины о& (например, увеличение) приводит в первый момент к изменению напряжения рассогласования AUj, которое, усиливаясь блоком 9, изменяет амплитуду напряжения Ug в сторону уменьшения, что приводит к увеличению величины (jf и уменьшению напряжения U4 (ом. формулы 1 и 2). В результате уменьшения U4 возникает разбаланс ди,, который, усиливаясь блоком 16, изменяет напряжение U в сторону увеличения. Последнее вызывает уменьшение величины ср и, следовательно, приводит к появлению напряжения

/разбаланса AU,Q. В дальнейшем происходит Повторение описанных операций, в результате.которых на выходе блоков Ug и и,5 возникают сигналы определяемые формулами (7) и (8), а выходной сигнал описывается формулой (6) при новом значении о чо( . Для обеспечения изменения фазы Х выходного сигнала в диапазоне от нуля до 360 в схему вводится инвертор 3 и постоянные резисторы 14 и 7 Как следует из рассмотрения векторной диаграммы (см. фиг, 2) для того чтобы обеспечить указанные изменения фазы., необходимо иметь возможность для формирования ортогональной системы напряжения с йыходов блоков 8 и 15 в любом из 4-х квадрантов. Поясним, как это происходит.

С выхода инвертора 3 поступает сигнал, представляющий собой сигнал и, сдвинутый в точности на 180° В этом случае фаза выходного сигнала Ug будет зависеть от величин сопротивлений б и 7. Если R будет меньше R- то будет преобладать сигнал и и, следовательно, сигнал Ug будет иметь фазу напряжения U (если не учитывать инвертирование сигналов блоками .8 и 15, что в данном случае не принципиально). Аналогичный вывод можно сделать, анализируя совместную работу инвертора 3, резистора 14 и фоторезистора 13. Таким образом, в зависимости от величины управляющего напряжения оС на вькоде блока 8 формируется вектор и а или Ug , а на выходе блока 15 - 5,5 или (Фиг 2) с таким расчетом, что на выходе блока 4 формировался суммарный вектор 1)4, имеющий фазовый сдвиг относительно величины и, пропорциональный управляющей величине ос, , и постоянную амплитуду, пропорциональную величине А. Выбор квадранта формирования вектора ид происходит в разработанном управляемом фазовращателе автоматически в соответствии с логикой работы соответствующих контуров регулирования. Направление.и сте7 пень изменения векторов Ug, Ug, U,5, uls, при изменении .Л определяют величины и знак напряжений разбаланса Д U(o,&.Ui7.

Основные достоинства разработанного фазовращателя заключаются в следующем:

-высокая точность формирования заданного фазовращателя сдвига, которая при достаточно большом коэффициенте усиления блоков 11, 13 опрделяется только блоками 16 и 17

-неограниченный диапазон изменения фазового сдвига

-Мсшое время установления заданного фазового сдвига,

-небольшие вес и габариты; возможность выполнения разработанного

фазовращателя в интегральном исполнении;

-широкий частотныйдиапазон работы ;

-возможность работы фазоврахдателя с входными сигналами, заданными постоянньши. напряжениями.

.Формула изобретения

0

0 вторыми входами контуров регулирования, выходы последних соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, а выход сумматора присоединен к третьим входам

5 контуров регулирования.

0 измерительного выпрямител/г, элемента сравнения, усилкгеля разбаланса и лампочки накаливания фоторезистора, соединенного с резистором и входом фазосДвигающего усилителя, выход которого соединен с вы5ходом контура регулирования, вход измерительного выпрямителя, свободные выводы резистора и фторореэистйра соединены соответственно с третьими, вторыми и первыми входами

0 контура регулирования.

усилителя разбаланса,-лампочки на- каливания, фоторезистора, соединенного с резистором, и входом усилителя переменного напряжения, выход

0 которого соединен с выходом контура регулирования, первый вход фазового детектора соединен со свободным выводом фоторезистора, свободный вывод резистора- и второй вход . фазового детектора соединены соот5ветственно с первым, третьим и вторым входами контура регулирования.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1, Ахметжанов А.А. Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., Энергия. 1975, с. 60 (рис. 31).

5

i/ftni sinfwtfd)