Калибратор фазы Советский патент 1982 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для точного задания фазового сдвига при испытаниях, регулировке и поверке фазоизмерительной и фазозадающей аппаратуры звукового диапазона частот.

Известно устройство, позволяющее осуществлять дискретное регулирование фазы большим числом разрядов .

Принцип действия этого устройства заключается в весовом суммировании импульсов одной частоты и разной сква хности. В результате на выходе канала опорной фазы формируется сигнал прямоугольной формы а на выходе канала переменней фазы сигнал ступенчато-пирамидальной формы. На выходе каждого канала содержится выходной фильтр, выделяющий синусоидальный сигнал из . сигналов указанной формы 1 .

Так как напряжения на выходе каналов содер хат все четные и нечетные гармоники, для выделения синусоидального напряжения с низким коэффициентом гармоник необходимо применять сложные фильтры с большой крутизной фазочастотной характеристики.

Разность фазочастотных характеристик выходных фильтров в полосе частот определяет величину дополнительной фазовой погрешности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ка10либратор фазы инфразвуковых частот, который содержит задатчик кода, фильтры нижних частот на выходе каналов переменной и опорной фазы, источник опорных напряжений, гене15ратор тактовых импульсов.

Форма напряжений на выходе каждого канала ступенчато-синусоидгшьная, т.е. в этом устройстве применена линейно-ступенчатая аппрокси20мация синусоидальной функции. При числе ступенек за период формируемого синусоидального напряжения, равном 360, -первый из высших гармоник будет гармоника порядка 359. Такой

25 состав гармоник значительно облегчает условия фильтрации высших гармоник , а выходные фильтры работаУот на пологом участке фазочастотной характеристики. Разность.фазо30частотных характеристик фильтров остается практически постоянной в рабочей полосе частот и легко может быть устранена подстройкой одного из фил.ьтров 2 . Недостатком известного калибратора фазы является необходимость у личения коэффициента пересчета сче чиков при увеличении числа разрядов. Дискретнорть регулирования фазы равна 1. Для уменьшения этой величины до 0,1° потребовалось бы увеличить число возможных состояний до 3600, а частоту генератора тактовых импульсов - в 10 раз. Верх няя граничная частота при этом огра ничивается быстродействием элементо поэтому увеличение числа разрядов приводит к сужению частотного диапазона. Недостатком данного калибратора фазы является также применение выхо ных аттенюаторов для регулирования амплитуды выходных напряжений. При этом накладываются жесткие требования к величине сопротивления и емкости нагрузки, которые должны быть одинаковы для каждого канала, в противном случае, возникает допол нительная фазовая погрешность. Целью изобретения является умень шение величины дискрета задания фазового сдвига без сужения частотного диапазона и повышение точности регулирования фазового сдвига. Указанная цель достигается тем, что в калибратор фазы, содержащий фильтры нижних частот, задатчик ко да, источник опорных напряжений, г нератор тактовых импульсов, выход которого соединен со входаг/ш двух идентичных каналов переменной и опо ной фазы, каждый из которых содержит цифро-аналоговый преобразователь, счетчик, вход которого является вхрдом канала, причем выходы счетчика соединены с управляющими входами цифро-аналогового преобразователя, а выход цифро-аналогового преобразователя канала опорной фазы соединен с входом фильтра нижних частот, а питающие входы подключены к выходам источника опорных напряжений , введены дополнительный канал переменной фазы, имеющий общий с основным каналом,переменной фазы счетчик, три кодопреобразователя - по одному в каждом канале, между выходами счетчика и управляющ ми выходами цифро-аналогового преобразователя, три дискретно-управляемых сумматора, управляющие входы которых соединены с первыми выходами задатчика кода, узел передачи кода, управляющий и информационные входы которого соединены соответст но с выходом одновибратора и со вто рыми выходами задатчика кода, а выходы подключены к установочным входш 1 счетчика каналов переменной фазы, а также дополнительный источник опорных напряжений подключенный к питающим входам цифро-аналоговых преобразователей каналов переменной фазы, причем выход основного канала переменной фазы соединен с первыми, а выход дополнительного канала с вторыми входами двух сумматоров, выходы которых подключены к входам третьего сумматора,а выход послед-, него соединен с входом второго фильтра нижних частот, а вход одновибратора соединен с соответствующим выходом кодопреобразователя каНс1ла опорной фазы и входом установки в о счетчика опорной фазы, причем управляющие входы источников опорных напряжений подключены к дополнительным выходам задатчика кода. На чертехсе приведена блок-схема калибратора фазы. Калибратор фазы содержит генератор. 1 тактовых импульсов, выход которого соединен с входами счетчиков 2 и 3. Входы кодопреобразователя 4 соединены с выходами счетчика 2, а. выходы соединены с управляющими входами цифро-аналогового преобразователя 5, к выходу которого подключен вход фильтра 6 нижних частот. Счетчик 2 кодопреобразователь 4 и цифро-аналоговый преобразователь 5 образуют канал 7 опорной фазы. Основной канал 8 переменной фазы содержит счетчик 3, кодопреобразователь 9 и цифро-аналоговый преобразователь 10. Дополнительный .канал 11 пере-г менной фазы содержит счетчик 3, ко+дйпреобразователь 12 и цифро-аналЬговый преобразователь 13. Выходы счетчика 3 соединены с входами кодопреобразователей 9 и 12, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно цифро-аналоговых преобразователей 10 и 13. Источник 14 опорных напряжений подключен к питающим входам цифро-аналогового преобразователя 5, а питающие входы цифро-аналоговых преобразователей 10 и 13 подключены к выходам источника 15 опорных напряжений. Установочные входы счетчика 3 соединены с выходами узла 16 передачи кода, управляющий вход которого соединен с выходом |одновибратора 17, а информационные Ьходы подключены к вторым.выходам задатчика 18 кода. Первые выходы задатчика 18 кода соединены соответственно с управляющими входами дискретно-управляемых сумматоров 1921. Выходы цифро-аналоговых преобразователей 10 и 13 соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматорсэв 19 и 20, а выходы последних подключены к входам сумматора 21, выход которого соединен с входом фильтра 22 нижних частот.

Кроме того, установочные входы счетчика 2 объединены и подключены к выходу одновибратора 17, а управлякчще входы источника: 14 и 15 опорных напряжений соединены с дополнительными выходами задатчика кода.

Выходами калибратора фазы являются выходы фильтров б и Й2 нижних частот.

Принцип действия калибратора фазы заключается в формировании трех квазисинусоидальных напряжений, одно из которых является опорным, а фаза двух других изменяется дискретно таким образом, что разность фаз межд ними остается постоянной. Эти два напряжения суммируются с весовыми коэффициентами, зависящими от младши разрядов фазового сдвига. В результате формируется напряжение с переменной фазой.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов поступс1ют на вход каналов 7, 8 и 11 опорной и переменной фаз. Параллельный код с выходов счетчиков 2 и 3 поступает на входы соответствующих кодопреобразователей 4, 9 и 12, на выходе которых формируется параллельный код, поступающий на управляющие входы цифро-аналоговых преобразователей 5, 10 и 13. На питающие входы последних подаются биполярные опорные напряжения.

8результате на выходе каждого канала формируется ступенчато-синусоидалное напряжение, амплитуда которого определяется амплитудой питающих цифро-аналоговый преобразователь опорных напряжений. Ширина ступенькиопределяется периодом повторения тактовых импульсов, а число ступенек з-а период формируемого напряжения равно удвоенному коэффициенту пересчета счетчиков 2 и 3. Кодопреобразователи

9и 12 подключены к выходам счеТчика 3 таким образом, что кодовые комбинации на их выходах отстают одно от другого на один такт. Это означает, что при коэффициенте пересчета счетчиков, равном 18, сдви фазы между напряжениями на выходе канала 8 и канала 11 постоянно равен 10. Сдвиг фазы этих напряжений относительно опорного напряжения на выходе канала 7 определяется кодом старших разрядов, поступающих на информационные входы узла 16 передачи кода с соответствующих выходов задатчика 18 кода. В toмeнт времени, соответствующий моменту перехода опорного напряжения от отрицательног к положительному значению, на вход одновибратора 17.с выхода кодопреобразователя 4 поступает положительный перепад напряжения и на выход-е одновибратора появляется короткий импульс, разрешающий запись кода старших разрядов фазового сдвига в счетчик 3. ntH использовании счетчиков Джонсона возможны сбои, поэтому одновременно с записью кода в счетчик 3 импульс с выхода одновибратора устанавливает в О счет0чик 2.

Напряжения с выходов цифро-аналоговых преобразователей 10 и 13 используются для формирования напряжения с переменной фазой, причем дискретность изменения фазы опреде5ляется дискретностью изменения ве-совых коэффициентов суммирования. Весовые коэффициенты, с которыми суммируются названные напряжения в сум:маторе 19, изменяются по закону

0

де i О, 1,..., 9.

Для сумматора 20 аналогичные зависимости имеют вид

JiO-i)

5ln

1вО

.

Л

S-in 19

Фазы первых гармоник напряжений на выходах сумматоров 19 и 20 отличаются на 1° . Эти напряжения суммируются с весовыми коэффициентами с1зи (ь в сумматоре 21, причем

Ъ , (

Величина k изменяется линейно от О до 1 с заданной дискретностью. Сдвиг фазы напряжения на выходе сумматора 21 относительно опорного напряжения определяется выражением

f--().

Здесь величина m определяется- кодом, записанным в счетчик 3, i и k зависят от величины кода, поступающего на управляющие входы сумматоров 19-21.

Амплитуда выходных напряжений определяется величиной опорных напряжений . Для регулировки амплиту- ды источники опорных напряжений могут быть выполнены управляемыми от задатчика кода. Это дает возможность исключить выходные аттенюаторы.

Фазовая погрешность калибратора фазы в основном определяется быстродействием и кодопреобразователей.

Использование предлагаемого калибратора фазы, по сравнению с известными устройствами, обеспечивает возможность регулирования фазового сдвига с любым заданным числом разрядов без сужения частотного диапа зона, а также возможность регулиров ния амплитуды выходных напряжений б дополнительной фазовой погрешности за счет исключения выходных аттенюаторов. Формула изобретения 1 .Калибратор фазы,содержащий филь ры нижних частот, задатчик кода, ис точник опорных напряжений, генерато тактовых импульсов, выход которого соединен с входами двух идентичных каналов переменной и опорной фазы, каждый из которых содержит цифроаналоговый преобразователь, счетчик вход которого является входом канала, причем выходы счетчика соединены с управляющими входами цифро-ана логового преобразователя, а выход цифро-аналогового преобразователя к нала опорной фазы соединен с входом фильтра, нижних частот, а питающие входы подключены к выходам источника опорных напряжений, отлича ющийся тем, что, с целью уменьшения величины дискрета задания фазового сдвига без сужения час тотного диапазона и повьпиения точности регулирования фазового сдвига в него введены дополнительный канал переменной фазы, имеющий общий с основным каналом переменной фазы счетчик, три кодопреобразователя по одному в каждом канале, между выходами счетчика и управляющими входами цифро-аналогового преобразователя , три дискретно-управляемых сумматора, управляющие входы которых соединены с первыми выходами задатчика кода, узел передачи кода, управляющий и информационные входы которого соединены соответственно с выходом одновибратора и с вторыми выходами задатчика кода, а выходы подключены к установочным входам счетчика каналов переменной фазы, а также дополнительный источник опорных напряжений, подключенный к питающим входам цифро-аналоговых преобразователей каналов переменной фазы, прич.ем выход основного канала переменной фазы соединенс первыми, а выход дополнительного канала - с вторыми входами двух сумматоров, выходы которых подключены к входам третьего сумматора, а выход последнего соединен с входом второго фильтра нижних частот, а вход одновибратора соединен с соответствующим выходом кодопреобразователя канала опорной фазы и входом установки в О счетчика канала опорной фазы. 2. Калибратор по п. 1, отличающийся тем, что управляюие входы источников опорных напряжений подключены к дополнительным выходам задатчика кода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 229058, кл. G 06 J, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 570852, кл. G 01 R 25/04, 1977.