Устройство для сравнения фаз двух электрических величин

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИ ФАЗ ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержаЩее два делителя напряжения, .первый и второй операционные усилители , инвертирующие входы которых подключены соответственно к первому и второму входам устройства, а неи вертирующие входы операционных усил телей соединены с выходами, соответственно первого и второго делителей напряжения, первые входы которых подключены к общей шине устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотребления, в Него введены два транзистора, два дополнительных делителя напряжения, причем выход первого операционного усилителя соединен с эмиттером первого транзистора, с первым входом первого дополнительного делителя напряжения и с вторьом входом второго делителя, выход второго операционного усилителя подключен к эмиттеру второго транзистора, к второму входу второго делителя и к первому входу ВТОРОГО дополнительного делителя напряжения,- вторые входы дополнительных делителей напряжения. соединены с положительной шиной источника питания, а выходы первого и второго дополнительных делителей напряжения подключены к базам соответственно, второго и первого транзисторов, коллекторы которых соединены с выходной шиной устройства .. ..

a9l (11) СОЮЗ СОВЕТ )КИХ

С ЭВЮР

РЕСПУБЛИК

3l59 G 01 R 25 06 " с --, l ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ н автаесною саюдатал твм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЬПЧФ (21) 3430056/18-21 (22) 19.04.82 (46) 15 09 ° 83. Бюл. В 34 (72) lO.ß.Ëÿìåö, В.И.Антонов, Г.С.Нудельман и В.M.Øåâöîâ (71) чувашский государственный университет им. Н.Н.Ульянова и,Всесоюэ/ ный .научно-исследовательский проектно-конструкторский итехнологический институт релестроения (53) 621. 317. 7(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 210935, кл. G 01 R 5/00, 1968.

2. Вайин B.K., Енин A.Ñ. Реле направленной мощности на операцион-.. ных усилителях.-"Электричество", .

1975, Р 7, с.70-74 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНЬИ

ФАЗ ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содер- жаЯее два делителя напряжения, .первый и второй операционные усили- тели, инвертирующие входы- которых подключены соответственно к первому и второму входам устройства, а неин:вертирующие входы операционных усилителей соединены с выходами соответ=, ственно первого и второго делителей; напряжения, первые входы которых подключены к общей шине устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергопотребления, в него введены два транзистора, два дополнительных делителя напряжения, причем выход первого операционного усилителя соединен с эмиттером первого транзистора, с первым входом первого дополнительного делителя напряжения и с вторым входом второго делителя, выход второго операционного усилителя подключен к эмиттеру второго транзистора, к второму вхо.ду второго делителя и к первому входу второго. дополнительного делителя напряжения,. вторые входы ,дополнительных делителей напряжения. соединены с положительной шиной источника. питания, а выходы первого и второго дополнительных делите-. лей напряжения подключены к базам соответственно. второго и первого транзисторов, коллекторы которых соединены с выходной шиной устройст-. ва.

1041955

30

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что инвертирующие входы двух операционных усилителей подключены к общей шине устройства, а первые входы первого и второго делителей напряжения сое- динены соответственно с первой и второй входными шинами устройства.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходы первого и второго операционных усилителей подключены соответственно к первому и второму входам выпрями1

Изобретение относится к электронной технике, а точнее к устройствам для сравнения двух электрических величин по фазе, и может быть использовано в датчиках и реле направления мощности, а также в реле сопро-, тивления.

Известно устройство для сравнения фаэ двух электрических величин, содержащее два промежуточных трансформатора, схему сравнения и нульиндикатор (11 .

Устройство имеет. низкую чувствительность, так как его блок сравнения выполнен на диодах и транзисторах.

Наиболее близким к изобретению. является устройство для сравнения фаз, содержащее исполнительный орган, делители напряжения, первый и . второй операционные усилители, инвер тирующие входы которых подключены соответственно к первому и второму входам устройства, а неинвертирующие входы операционных усилителей соединены c,âûõoäàìè соответственно первого и второго делителей напряжения, первые входы которых подключены к общей шине устройства (21 .

Однако это устройство сложно, потребляет много энергии,иэ;за наличия большого числа операционных усилителей.

Цель изобретения — повышение надежности и снижение энергопотребления, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сравнения фаз двух электрических величин, содержащее два делителя напряжения, первый и второй операционные усилители, инвертирующие входы которых подключены соответственно к.первому и второму входам устройства, а неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены с выходами соответственно перво4 тельного моста, выход отрицатель- ной полярности которого соединен с первым входом дополнительного делителя напряжения, а выход положительной полярности выпрямительного моста подключен к .эмиттеру транзистора, коллектор которого соединен с выходной шиной устройства,. а база транзистора подключена к выходу дополнительного делителя напряжения, второй выход которого соединен с положительной шиной источника питания.

3 го и второго делителей напряжения, первые входы которых подключены к общей шине устройства, введены два транзистора, два дополнительных делителя напряжения,причем выход первого операционного усилителя соединен с эмиттером первого тран; зистора, с первым входом первого дополнительного делителя напряжения

10 и с вторым входом второго делителя, :выход второго операционного усилителя подключен.к эмиттеру второготранзистора, к второму входу второго делиТеля и к первому входу второго дополнительного делителя напряжения, вторые входы дойолнительных делителей напряжения соединены с положительной шиной источника питания, а выходы первого и второго дополнительных делителей напряжения подключены к базам соответственно второго и первого транзисторов, коллекторы которых соединены с вы-. ходной шиной устройства.

При этом устройство может быть.

25 выполнено так, что инвертирующие входы двух операционных усилителей подключены. к общей шине устройства, а первые входы первого и .второго делителей напряжения соединены соответственно с первой и второй входными шинами устройства.

Устройство может быть выполнено так,что выходы nepsoro и второго операционных усилителей .подключены соответственно к.первому и второму входам выпрямительного моста, выход отрицательной полярности которого соединен с первым входом дополнительного делителя напряжения, а выход положительной полярности выпрямительного моста подключен к эмнттеру транзистора, коллектор которого соединен с выходной шиной устройства, а база транзистора подключена к выходу дополнительного делителя напряжения, второй выход

1041955 которого соединен с положительной шиной источника питания. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг-. 2 и 3 — блоксхем» возможных вариантов выполнения устройства; на фиг. 4 — временная диаграмма его работы..

Устройство содержит первый и второй операционные усилители 1 и 2, первый делитель напряжения выполнен на резисторах 3 и 4, второй lO делитель напряжения - на резисторах

5 и 6, первый и второй транзисторы; .7 и 8, первый дополнительный делитель напряжения, выполненный на резисторах 9 и 10, второй дополни- 15 тельный делитель напряжения, выпол-. ненный на резисторах 11 и 12, выпря" мительный бюст 13, транзйстор 14,„ дополнительный делитель напряжения, выполненный на резисторах 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Основная особенность устройства ,заключается в том, что на интервалах совпадения знаков электрических

:величин, являющихся тормозными для ,данного устройства, операционные усилители включаются в общее кольцо положительной обратной связи, а, на интервалах несовпадения,.являющихся рабочими, положительная обратная связь разрывается и устанавливают-. ся пороги по обеим сравниваемым величинам.

Пусть сравнивае е величины О» . 35 и 0 на входе первого и второго опе-рационных усилителей 1 и 2 равны нулю. При этом они включены в об--щее .кольцо обратной положительной:, связи, организованное резисторами . .40

3-6 первого и второго делителей напряжения. Действие этой, положительной обратной связи заключается в том, что напряжение с выхода первого или второго операционного уси-.. 45 лителя 1, .2 через соответствующий второй или первый делитель напряже- . ния поступает на неинвертирующий вход второго или первого операционного усилителя 2, 1, стремясь выз- вать на его выходе напряжение, совпадающее по знаку с. напряжением выхода первого или второго операционного усилителя 1,2. Поэтому сигналы на выходе первого и второго операционных усилителей 1 и 2 имеют одну и ту же полярность, т.е. либо одновременно отрицательны, либо одновременно положительны. При этом первый и второй транзисторы 7 и. 8 закрыты. Запирающее напряжение 60 подается на них с помощью дополнительных делителей напряжения на резисторах 9-12 °

Сигнал на выходе устройства в. этом случае отсутствует ° . 65

Предположим далее, что одна из сравниваемых величин, например О»

/ достаточно велика, а, величина 0 равна нулю или меньше noporatlg (фиг. 4). И в этом случае общее кольцо положительной обратной связи, в которое включены первый и второй операционные усилители 1 и 2, не разрывается, но гармоническое изменение входного сигнала U» ведет к скачкообразному переключению первого операционного усилителя 1, вследствие чего изменяется и полярность напряжения 0 на неинвертирующем входе второго операционного усилителя 2, что приводит.к переключе,нию последнего. Таким образом, I

:в данном случае .напряжения U» и0у на выходах и0 < и 0" на неинвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2 имеют прямоугольную форму и практически совпадают на фазе, так что первый и второй транзисторы 7 и 8 по-прежнему остаются закрытыми.

Предположим затем, что обе сравниваемые величины 0» и 0g достаточно велики. На интервалах совпа.дения знаков сравйиваемых величин сигналы, прикладываеьые к входам первого и второго операционных усилителей 1 и 2, способствуют замыканию цепи положительной обрат-. ной связи. Полярность сигналов на выходах первого и второго операционных усилителей 1 и 2 одинакова и противоположна знаку величины

U» и Ug первый и второй транзисто ры 7 и 8 заперты если же уровни сравниваемых величин 0» и Uq превышают падения напряжения соответственно на резисторах 3 и 5, а знаки О» и 0 противоположны, то положительная обратная связь не определяет более состояния первого .и второго операционных. усилителей

1 и 2., поскольку полярности напряжений на их выходе определяются уже не.ею,.а сравниваемыми величинами, и становятся противоположными.

Напряжения 0 » и U< на резисторах

3 и 5 задают порог срабатывания устройства по величинам U» и 0 .

Эти пороги устанавливаются как в положительный, так и в отрицательный полупериоды изменения входных величин, но лишь на интервалах несовпа.дения их знаков, являющихся для данного устройства рабочими. На выходах первого и второго операционных усилителей 1 и 2 сигналы противоположных знаков появляются лишь при условии, что знаки входных величин 0» и 0 противоположны, а их уровни превышают по абсолютной величине пороги О» =)О"), и Uq =)0 )

Сигналы противоположных знаков открывают один иэ транзисторов 7

1041955 или 8. Если 0 У О, à.U сО, открывается транзистор 7. Если же О с О, :а Ц ъО, открыт второй транзистор 8.:

Положительное напряжение с выхода одного из операционных усилителей

1 и 2 подается через открытый тран- 5 эистор на выход устройства (Фиг.4) .

В зависимости от разности фаэ между сравниваемыми величинами характер сигнала иа выходе устройства изменяется от импульсного до непреры .ного. щ

Е

Устройство фиг. 2) действует аналогичным образом, а в устройстве (фиг. 3) напряжение, подаваемое на выход через транзистор 14, пред« варительно выпрямляется мостом 13.

Таким образом, новые конструктивные связи, примененные в данном устройстве сравнения фаэ, привели к его упрощению H снижению потребления при сохранении всех прочих функциональных характеристик.

Состанитель Н. Каплин

Редактор Л.Алексеенко Техред М.Костик Корректор р. Макаренко

Эакаэ 7121/46 Тираж 710 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская:наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4