Фазосдвигающее устройство Советский патент 1981 года по МПК H02M1/08 H02P13/16 

Изобретение, относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. По основному авт.св. №657541 известно фазосдвигающее устройство СФСУ), используемое преимущественно в преобразовательной технике для од новременного формирования двух сигн лов с одинаковыми, постоянными по уровню, фазонезависимыми амплитудам и зеркально-симметричными фазовыми сдвигами относительно начальной фаз входного сигнала, а также формирова ния третьего выходного сигнала с ре гулируемой амплитудой и синфазного с входным сигналом постоянной ампли туды. Регулировку начальной фазы эт сигналов осуществляют изменением на чальной фазы входного сигнала. Это устройство содержит фазовращатель с блоком управления, три смесителя, четыре фильтра, генератор и первый сумматор. Выход первого смесителя через первый фильтр и второй смеситель соединен со вторым фильтром и через третий фильтр и третий смеситель соединен с четвертым фильтром, выход генератора подключен непосредственно к вторым входам второго и . третьего смесителей и через фазовращатель - к второму входу первого смесителя, а первый сумматор подключен к выходам второго и четвертого фильтров l . Число задач, решаемых с помсадью основного изобретения, ограничено, в частности, оно не обеспечивает получение регулируемых по амплитуде сигналов, находящихся в квадратуре, что является его недостатком. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей (т.е. числа решаеких задач) и автоматизации установки заданного отношения. Указанная цель достигается тем, что фазосдвигающее устройство (ФСУ снабжено связанными между собой фазой н в ер тором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, второй вход второго сумматора - к выходу четвертого фильтра. С целью дополнительного расширения функциональных возможностей ФСУ дополнительно снабжено третьим и четвертым сумматорами и вторым.фазоинвертором, который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом - к второму входу третьего сумматора, первый вход которого подклюен к выходу второго фильтра, а четертый сумматор входами подключен выходам фазоинверторрв.

Кроме того, с целью автоматизации становки заданного отношения с1мгшиуд выходных сигналов, ФСУ снабжено амплитудным дискриминатором (содеращим датчик отношения амплитуд), входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выод - к управляющему входу блока правления фазовращателя.

На чертеже приведена структурная хема ФСУ. В устройство входят смесиели 1, 2, 3, фильтры 4, 5,6, 7, фазовращатель 8, генератор 9, сумматоры 10, 11 и фазоинвертор 12. Причем, фильтр 4 настроен на суммарную комбинационную частоту продуктов преобразования и включен между смесителем 1 и смесителем 2, фи-льтр 5 настроен на разностную комбинационную частоту и включен между смесителем 1 и смесителем 3, фильтры 6 и 7 настроены на комбинационные частоты, равные частоте входного сигнала и включены на выходах соответственно смесителей 2 и 3, генератор 9 подключен к второму входу дмесителя 1 через фазовращатель 8 и к вторым входам смесителей 2 и 3 - непосредственно, сумматор 10 подключен к выходам фильтров 6 и 7, сумматор 11вторым входом подключен к выходу фильтра 7, а фазоинвертор 12 включен между выходом фильтра 6 и .первым входом сумматора 11. Входом ФСУ является первый вход CNKCHтеля 1, а выходами - выходы фильтров 6 и 7, а также выходы сумматоров 10 и 1-1, причем, два последовательных выхода являются выходаки квадратурных сигналов.

Режим работы ФСУ выбирают таким, при котором уровень сигнала на входе ФСУ, т.е. На входе смесителя 1, и уровень напряжения генератора 9 постоянны, что обеспечивает высокую точность формирования сигналов по амплитуде и угловому положений. Будем также считать, что модули и фазы коэффициентов передачи каналов одинаковы, это позволяет не учитывать их влияния при анализе ФСУ.

Генератор 9 является общим гетеродином для всех трех смесителей ФСУ. Он формирует гармоническое гетеродинное напряжение постояной амплитуды, которое поступает на вторые входы смесителей 2 и 3 непосредственно и на второй вход смесителя 1 - через фазовращатель 8. С помощью фазовращателя 8 изменяют на величину Ч начсшьную фазу поступающего .на смеситель 1 напряжения генератора 9. На первый вход смесителя., который является входом ФСУ, поступает гармонический сигнал постоянной амплитуды. В результате линейного преобразования на выходе смесителя 1 получают сигналы комбинационных частот с одинаковыми, постоянными амплитудами и зеркально-симметричными -фазовыми сдвигами.. С помощью фильтров 4 и 5 обеспечивают чартотное разделение компонент комбинационных сигналов. Для определенности предположим, что фильтр 4 выделяет суммарной комбинационной частоты, а фильтр 5 - сигнал разностной комби(нацирнной частоты, йаделенные компоненты поступают соответственно на первые входы смесителей 2 и 3, в кото.рых подвергаются линейному преобразованию. В результате преобразования на выходе смесителей 2 и 3 получают

5 сигналы комбинационных частот, причем, частота одного компонента в казедом из двух случаев равна частоте входного сигнала. Фильтры б и 7 настроены на сигналы комбинационных

0 частот, равные частоте входного сигнала, и вьаделяют их. Поэтому на выходах фильтров 6 и 7 будут иметь . место сигналы, которые можно представить соответственно выражениями

y VV costuji4it-t4) tiJ 0 - vv cos (cwfe+ч- if) (a)

где V, О) ,4 - соответственно амплитуда, частота и фаза

входного сигнала; Vr - амплитуда напряжения

генератора 9 ,

f - фазовый сдвиг, задаваevsta фазовращателем 8. Сигналы (1) и (2) обладают следующими свойствами.

1.Амплитудда прямо пропорциональны амплитуде входного сигнала (поскольку амплитуда напряжения генератора 9 является постоянной).

2..Амплитуды равны меяоду собой и не зависят от фазовых сдвигов.

3.Частота равна частоте входного сигнала.

АС 4. Аргументы не зависят от начальной фазы напряжения генератора 9, но полностью содержат начальную фазу входного сигнала, т.е. при О выходные сигналы синфазны входнЬму сигналу. Это позволяет регулировать начальную фазу сигналов .(1) и (2) изменением начальной фазы входного сигнёша...

5. Начальные фазы сигналов (1) и (2) по отношению к начальной фазе

входного сигнала изменились на одинаковую величину Ч , задаваемую фазовращателем 8, но знаки этого изменения противоположны, т.е. расположение выходных сигналов эеркально-симметричное относительно входного сигнала.

6. Взаимный фазовый сдвиг между сигнсшами (1) и (2)составляет 24 , что ослабляет требования к максимальному значению фазового, сдвига, вносимого фазовргицателем 8. Из сигналов (1) и (2) формируют два выходных сигнала, находящихся в квадратуре, т.е. такие, фазовый сдв между которыми равен 90. Для этого сигнал (1) суммируют с сигналом .(2) в сумматоре 10 и получают выходной сигнал U 2yv COSMc06(i«ttV; , (.3) а также суммируют их -в сумматоре 11 после инвертирования сигнала (1) в фазоинверторе 12 и получают выходно сигнал U lVK Sin4cosCtwt+4-eo ) (4) Из сравнения выходных сигналов ( 3) и (4 ) следует, что: их амплитуды зависят только от фазо ,вого сдвига , вносимого фазовращателе 8, поскольку уровни вход11ого сигнала и напряжения генератора 9 являются постоянными величинами/ при изл4енении величины амплитуда сигнала (3) изменяется по косинусоид аль ному закону, а амплитуда сигнала (4) - по синусоидальному закону а их отношение - по закону тангенса или котангенса; начальная фаза сигнала (3) равца начальной фазе входного сигнала, а начальная фаза сигнала (4) отличается .от начашьнЪй фазы сигнала (3) и входного сигнала на 90, т.е. выходные сигналы (3) и (4) находятся в квадратуре. Основной причиной откло-г нения разности фаз сигналов (3) и (4 от 90 является неравенство амплитуд сигналов (1) и (2). Однако преимущество схемы предложенного ФСУ как раз и состоит в том, что она обеспечивает автоматическое поддержание равенства амплитуд сигналов (1) и (2). Поэтому квадратура сигналов (3) и (4 также обеспечивается автоматически, т.е. при изменении фазы W фазовращателем В балансировка схемы, а следовательно, и квадратура сигналов З) и (4) сохраняются. Максимально облегченные условия формирования сигналов (1) и (2) обес печивает получение сдвига фаз между сигналами (3) и (4) с высокой точностыо. Кроме того, ФСУ обеспечивает возможность установки различных уров ней сигналов (3) и (4) в широком динамическом диапазоне амплитуд при сохранении постоянной разности фаз 90° между ними..Эти ценные свойства существенно расширяют функционгшьные возможности ФСУ и область его применения. На выходе ФСУ можно обеспечить четыре сигнала, находящиеся в квадратуре. Рассмотрим два варианта их получения. Первый вариант состоит в том, что ФСУ дополнительно снабжено тре,тьим и четвертым сумматорами и вторым фазоинвертором (не показаны) . Второй фазоинвертор входом подключен к выходу фильтра 7, а выходом - к . второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу фильтра б, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фазоинверторов, причем, выходы третьего и четвертого сумматоров также являются выходами квадратурных сигналов ФСУ. Сигнал .(1) суммируют с сигналом (2) после инвертирования последнего и на выходе третьего сумматора получают выходной сигнал Uy 2VV sinf cos (uu + Ц-аго ;, is) в четвертом сумматоре суммируют сигналы (,1) и (2) после инвертйрова;ния каждого из них. В результате получают выходной сигнал l ilVV bOSHcos(oui-H(--f80°) ((,) Поскольку сигнал (6) противофазен сигналу (3) а сигнгп (5) противофазен сигналу (4), то полученные сигналы (З)-Сб находятся в (свадратуре. Амплитуды противофазных сигналов одинаковы и изменяются по одному и тому же закону. Высокая фазовая стабильность и возможность синхронного изменения амплитуд противофазных сигналов позволяет дополнительно расширить круг решаемых задач с помощью ФСУ. Второй вариант состоит в том, что полученную первую пару квадратурных сигналов (З) и (4) инвертируют, для чего на выходах сумматоров 10 и 11 следует включить инверторы. Для обеспечения автоматической установки наперед згщанных уровней выходных сигналов (З)-(б) в ФСУ вводят амплитудный дискриминатор (не показан), который входами подключен к выходам сумматоров 10 и 11, а выходом - к блоку управления фазовращателя 8. Поступающие на входы амплитудного дискриминатора выходные сигналы ФСУ (З) и (4) .сравниваются по амплитуде. По разностному сигналу или по отношению уровней сигналов формируют напряжение ошибки, которое с выхода амплитудного дискриминатора поступает на вход блока управления фазовращателя 8 и изменяет его состояние, т.е. изменяет начальную фазу поступающего на смеситель 1 напряжения генератора 9 до получения напряжения ошибки нулевого значения. Нулевому напряжению ошибки соответствуют такие уровни выходных сигналов ФСУ, какие заданы датчиком уровней (делителем, аттенюатором), находящимся, напрлмер, в амплитудном дискриминаторе. Из анализа предложенного ФСУ слеует, что оно состоит из серийно ыпускаецфлх в различных частотных иапазонах узлов, к которым предъявяются легко выполниглые требования. хема ФСУ отличается простотой в из-, готовлении, настройке и использовании. Формула изобретения 1.Фазосдвига1адее устройство по авт.св. №657541, отличающе еся тем, что, с целью расяиирения функционсшьных возможностей оно.сна жено фазоинвертором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра входы второго сумматора - к выходу четвертого фильтра и к выходу фазоинвертора. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью дополнительного расширения функциональных возможностей оно снабжено третьим и четвертым сумматорами и 8 вторым фазоинвертором, который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом - ко второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго фильтра, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фазоинверторов. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т личающееся тем, что, с целью автоматизации установки заданного отнсяяения амплитуд -Ьыходных сигналов, оно снабжено амплитудным дискриминатором, входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - ко входу блока управления фазовращателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №657541, кл. Н 02 М 1/08, 1976.