Фазо-импульсный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R23/10 

(5А) ФАЗО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано в качестве двухтактного модулятора ширины импульсов, например в системах.автоматической стабилизации частоты элект рических машин. Известен фазо-импульсный преобразо ватель, осуществлякяций преобразование сдвига фаз сигналов переменного тока в эквивалентный широтно-модулированны импульсный сигнал fl}. Недостатками преобразователя являются достаточная сложность и низкая точность преобразования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фа зо-импульсный преобразователь, содержащий два однофазных источника входных сигналов переменного тока,совпадаищих по частоте, но различающихся по фазе, два промежуточных согласующих трансформатора с выводами средних точек вторичных обмоток, два диодно-резисторных логических элемента И однополярного совпадения сравниваемых сигналов и выходной транзисторный широтно-нмпульсный усилитель, образованный параллельном соединением переходов коллектор-эммитер двух идентичных транзисторов, коллекторы которых подключены к нагрузке устройства, эмиттеры связаны с выводами средних точек вторичных обмоток трансформато-ров и шиной источника питания постоянного тока, а базы подключены к выходам логических элементов И 1,2 J. Недостатками преобразователя являются сложность конструкции, свяэанная с применением в нем согласующих промежуточных трансформаторов, маломощность и низкая точность. Цель изобретения - упрощение конСТ1РУКЦИИ, повьшение точности преобразования и усиления по мощности. Поставленная цель достигается тем, что в фазо-ймпульсный преобразователь двух напряжений переменного тока, совпадающих по частоте и различающих3ся по фазе, содержащий два входных элемента И и выходной усилитель, введен в качестве промежуточного элемента операционный усилитель с дифференциальным ( инвертирующим и неинвертирующим) входом, подключенный к двух полярному источнику напряжения постоянного тока, причем вькод операционного усипителя соединен со входом выходного усилителя, а его инвертирующий и неинвертирующий входы связаны с положительной и отрицательной шинами источника питания, а также с выходами двух входных элементов И, входы которых попарно объединены и подключе ны к первым выходным клеммам источников входных сигналов переменного тока вторые выходные клеммы которых связан с нулевой точкой преобразователя, при этом первьй входной элемент И подключен своим внутренним резистором к положительной шине источника питания усилителя и связан посредством диода с неинвертирукщим входом операционного усилителя, а второй входной элемент И подключен своим внутренним резистором к отрицательной шине источника и связан посредством диода с инвертирующим входом операционного усилителя . Такое исполнение фазо-импульсного преобразователя обеспечивает упроще.ние конструкции, так как не требует парафазного исполнения вторичных обмоток входных трансформаторов, позволяя вообще отказаться.от их применения, а также повысить точность и мощность благодаря введению в качестве промежуточного элемента операционного усилителя. На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг.2 показаны временные диаграммы его работы Симметричный двухполярный источник 1 напряжения постоянного тока свя зан выводом своей средней точки с первой клеммой однофазного источника 2 переменного тока, частота которо го контролируется измерительным органом девиации частоты, выполненным на последовательном резонансном контуре L-G, конденсатор 3 и первичная обмотка дросселя 4 которого соединены последовательно и подключены к клеммам измеряемого источника 2. Вторичная обмотка дросселя 4, подключенная к общей точке источников 1и вторая клемма измеряемого источника 2 связаны со входами двух диоднорезисторных Элементов И 5 и 6 совпадения, причем первый элемент И (5 выполнен на совпадение положительных полярностей напряжений сравниваемых сигналов переменного тока, подключен своим внутренним резистором к положительной шине источника 1 и связан с помощью диода 7, пропускающего сигналы положительной полярности, с неинвертирующим входом С Н) операционного усилителя 8. Соответственно второй элемент И С6 ) выполнен на совпадение отрицательных полярностей напряжений сравниваемых сигналов переменного тока, подключен своим внутренним резистором к отрицательной шине источника 1 и связан с помощью диода 9, пропускающего сигналы отрицательной полярности, ,с инвертирующим ( И ) входом операционного усилителя 8. Операционный усилитель 8 связан своим выходом со входом двухтактного выходного транзисторного широтно-импульсного усилителя 10, питается от двухполярного источника I напряжения постоянного тока и защищен от воздействия больоих входных сигналов симметричным диодным ограничителем II, образованным парой параллельно и встречно включенных диодов, шунтирующих входные клеммй операционного усилителя 8. При этом инвертирующий (И ) и неинвертирующий (.Н ) входы операционного усилителя 8 дополнительно связаны с выходами двух симметричных сме1цающих резистивных делителей напряжения 12-13 и 14-15, связанных соответственно с положительной или отрицательной шинами источника 1 и его вредней точкой. Статический установившийся режим работы предлагаемого фазо-импульсного преобразователя иллюстрируется временными графиками (фиг. 2 а, б, в, г) приведенными для случая совпадения частоты измеряемого источника 2 переменного тока с величиной собственной резонансной частоты измерительного контура 3-4. В этом случае выходные синусоидальные напряжения источника 2 и вторичной обмотки дросселя 4 сдвинуты по фазе на 2 (временной график фиг.2 а) и, поступая на входы диодно-резисторных элементов 5 и в, совпадают по одинаковым полярностям на временных интервалпхГ/2-г7Ь - для положительной полярности напряжений; 5 для отрицательной полярности напряжений. На интервалах же и когда такого совпадения сигнапов по полярности нет, диодно-резисторные элементы И 5 или 6 не выдают полезных выходных сигналов; диоды 7 и 9, связыванлцие выходы элементов 5 и 6 с входами операционного усилителя 8, закрыты, а электрическое состояние операционного усилителя 8 целиком оп ределяется действием смещающих резис тйвных делителей 12-13 и 14-15 на ег входах, при котором выходное напряже ние на выходе усилителя 8 имеет отрицательную полярность (временной график фиг. 2 г. Поэтому, далее на интервале fr/24К когда выходное напряжение первого элемента И (5 меняет знак, благодаря одновременному запиранию ее входных вентилей, на катоды которых при этом поступают положительные полуволны напряжений входных сигналов, отпирается диод 7, связывающий с помощью внутреннего резистора элемента 5 положительную шину источника 1 питания с неинвертирующим Е) входом операционного усилителя 8, который п этом переключается, скачком изменяя на положительную полярность своего выходного напряжения (временные графики фиг. 2 б,г. Аналогичное переключение усилителя 8 имеет место и на интервале -х-1с-г21Г, где при одновременном запирании входных вентилей второго элемента С6), на аноды которых при этом поступают отрицательные полуволны на пряжений входных сигналов, меняет знак ее выходное напряжение и отрицательная по полярности шина источника 1 питания связывается с помощью внутреннего резистора элемента 6 и отпирающегося вентиля 9 с инвертирующим (и) входом ус шителя 8 (временные графики фиг. 2 в,Г). В итоге поочередного воздействия элементов 5 и 6 на входш 1е цепи усилителя 8 на интервале 0-Ь21Г имеет место его дв.ойное переключение, а измене ния выходного напряжения на его выходе соответствуют режиму двухтактной (двухполярной) широтно-импульсной модуляции со скважностью 0,5 (временной график фиг, 2 г). 96 CooTBeTCTBcrfHo девиация (отклонение) частоты измеряемого источника 2 переменного тока по сравнению с величиной резонансной частоты измерительного контура 3-4 приводит к временному сдвигу фаз напряжений выходных сигналов, поступающих на входы элементов 5 и 6 совпадения (фиг. 2 а), что отражается на изменениях режима работы элементов предлагаемого фазо-импульсного преобразователя в форме соответствующего увеличения или уменьшения величины скважности его выходного двухтактного широтно-импульсного сигнала (фиг. 2 г). Формула изобретения Фазо-импульсный преобразователь, содержащий два входных элемента. И, выходной усилитель, о тличающ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения точности преобразования и усиления по мощности, в него введен операционный усилитель с дифференциальным входом, подключенный к двухполярному источнику напряжения постоянного тока, причем выход операционного усилителя соединс;н со входом выходного усилителя, а его входы связаны посредством резистивнЫх делителей напряжения соответственно с положительной и отрицательной по полярности шинами источника питания, а также с выходами двух входных элементов И, входы которых попарно объединены и подключены к первым выходным клеммам источников входных сигналов, вторые выходные клеммы которых подключены к нулевой точке преобразователя, при этом первый входной элемент И подключен своим внутренним резистором к положительной шине источника питания и связан посредством диода с неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй входной элемент И подключен своим внутренним резистором к отрицательной шине источника питания и связан посредством диода с инвертирующим вхоом операционного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1-. Авторское свидетельство СССР 451963, кл. G 01 R 23/10, 1973. 2. Бунаков В.Д., Гаспаров Р.Г. Поупроводниковые регуляторы напряжеия и частоты электрических машин. .-Л., Энергия. 1966. с. 36.