Компенсатор квадратурной помехи для следящей системы переменного тока

 

КОМПЕНСАТОР КВАДРАТУРНОЙ ПОМЕХИ ДЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий усилитель, вход которого является входом компенсатора , последовательно соединенные первый и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала, отличаю .щ и и с я тем, что, с.целью повышения эффективности компенсации, между выходом усилителя и общей шиной включены последовательно третий резистор и второй двухполюсник, идентичный первому, управляющие входы ключей которого соединены с соответствующими дополнительными выходами источника коммутирующего сигнала , последовательно соединенные i первый и второй резисторы, средняя (Л точка которых соединена с входом первого двухполюсника, включены между входом и выходом усилителя, выход первого двухполюсника соединен с общей шиной а вход второго двухполюсника является выходом компенсатора . 00 00 СП cr

CCNO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3487604/18-09 (22) 30.08.82 (46) 30.03.84. Бюл. Р 12 (72) В.Г. Барановский, А.В. Ефремов, И.А. Нетрусенко и Ю.А. Сойко (53) 621.375. 132(088.&) . (56) 1. Гостев В.И. Подавители и компенсаторы квадратурной помехи ° Киев, "Техника", 1971, с. 79, рис, 39а.

2. Авторское свидетельство СССР

9 235142, кл. Н 03 Р 1!34„ 1969 (прототип). (54)(57) КОМПЕНСАТОР КВАДРАТУРНОЙ

ПОМЕХИ ДЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий усилитель, вход которого является входом компенсатора, последовательно соединенные первый и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две парал" лельно включенные цепи, каждая из

I которых образована последовательным

„„Я0„„1083156 А соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала, о т л и ч а юшийся тем, что, с.целью повышения эффективности компенсации, между выходом усилителя и общей шиной включены последовательно третий резистор и второй двухполюсник, идентичный первому, управляющие входы ключей которого соединены с соответствующими дополнительными выходами источника коммутирующего сигнала, последовательно соединенные первый и второй резисторы, средняя точка которых соединена с входом первого двухполюсника, включены между входом и выходом усилителя, выход первого двухполюсника соединен с общей шиной, а вход второго двухполюсника является выходом компенсатора.

f083i56

Изобретение относится к радиотехнике и автоматике и молет быть использовано в следящих системах устройств различного назначения.

Известно устройство подавления

5 квадратурной составляющей сигнала, которое содержит двухполюсник, состоящий из двух параллельных цепей, каждая из которых содерж т транзисторный ключ и конденсатор, соединен" 10 ные последовательно и подключенные одним полюсом через входной резистор к источнику сигнала, а другим— к общей шине устройства, и источник опорного напряжения 1 .

f5

Укаэанное устройство обеспечивает эффективное подавление квадратурной помехи лишь при весьма большом значении постоянной времени двухполюсника. Так как устройство представляет собой интегрирующее звено в тракте усиления, то оно вносит существенное запаздывание по фазе огибающей амплитудно-модулированного полезного сигнала, что приводит к недопус- 25 тимому ухудшению устойчивости и динамической точности следящей системы, в состав которой входит это устройство.

40

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсатор квадратурной помехи для следящей системы переменного тока, содержащий усилитель, вход кото35 рого является входом компенсатора, последовательно соединенные и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа „. и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухполюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала (2g.

Известное устройство обеспечивает эффективное подавление (компенсацию)

Ф квадратурной помехи лишь при весьма большом значении постоянной времени первого двухполюсника, представляю50 щего собой пассивное дифференцирующее звено в цепи отрицательной обратной связи усилителя. Из теории авто« матического регулирования известно, что пассивное дифференцирующее звено

55 в цепи отрицательной обратной связи эквивалентно интегрирующему звену в цепи тракта усиления и при больших значениях постоянной времени двух1 полюсника вносит значительное запаздывание по фазе огибающей амплитудномодулированного полезного сигнала, что существенно ухудшает быстродействие усилителя, что приводит к недопустимому ухудшению динамических параметров и устойчивости следящих систем, в состав которых входит известное устройство.

Кроме того, суммируемые на входе известного усилительного устройства напряжения квадратурной составляющей, поступающие от источника сигнала и с выхода усилителя через первый двухполюсник, содержащий реактивные элементы (конденсаторы), сдвинуты по фазе друг относительно друга на некоторый угол не равный А, вследствие чего известное усилительное устройство создает собственное квадратурное напряжение.

Таким образом, недостатком известного усилительного устройства является низкая эффективность компен" сации квадратурной составляющей сигнала и большая постоянная времени, т.е. низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение эффективности компенсации.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсаторе квадратурной помехи для следящей системы переменного тока, содержащем усилитель, вход которого является входом компенсатора, последовательно соединенные первый и второй резисторы, первый двухполюсник, содержащий две параллельно включенные цепи, каждая из которых образована последовательным соединением ключа и конденсатора, управляющие входы ключей первого двухпслюсника соединены с соответствующими выходами источника коммутирующего сигнала, между выходом усилителя и общей шиной включены последовательно третий резистор и второй двухполюсник, идентичный первому, управляющие входы ключей которого соединены с соответствующими дополнительными выходами источника коммутирующего сигнала, последовательно соединенные первый и второй резисторы, средняя точка которых соединена с входом первого двухполюсника, включены между входом и выходом усилителя, выход первого двухполюсника соединен с общей шиной, а вход второго двухполюсника является выходом коь.пенсатора.

Б (разрядом конденсаторов в периоды, когда мгновенное значение квадратурного напряжения меньше напряжения на соответствующем конденсаторе, пренебрегаем), зарядный ток равен нулю. Следовательно, квадратурная составляющая сигнала, пропорциональная зарядному току, не пропускается к общей шине усилителя следящей системы и на входе первого двухполюсника 5 представляет собой практически периодическую функцию прямоугольной формы (фиг. 2ú ). Разложение рассматриваемой функции в тригонометрический ряд имеет вид

40„ I,„3u>4 Sin 5&t

0 =(Sinwt+ > + + "1

КВ )(Э 5

Первая гармоника квадратурной составляющей сигнала показана на фиг. 2 ъ пункТиром. Квадратурная составляющая сигнала через первый резистор 2 цепи отрицательной обратной связи усилителя 1 поступает на его вход, обеспечивая селективную отрицательную обратную связь пс квадратурной составляющей сигнала.

Сигнал обратной связи сохраняет практически форму квадратурной и высших гармонических составляющих входного сигнала и не содержит синфазной составляющей, так как среднее значение ее на входе первого двухполюсника 5, как видно Hs фиг. 2 Ъ и ь, равно нулю. В результате зтого синфазная составляющая сигнала усиливается с больпмм коэффициентом усиления, а квадратурная и высшие гармонические составлякнцие компенсируются сигналом отрицательной обратной связи на входе усилителя 1.

В динамическом режиме работы усилителя 1, когда на его вход поступает, например, амплитудно-модулированный сигнал Пв„= U in Я t cosa t амплитуды сигналов синфазной составляющей (фиг. 2 Ь и в ) нечетных полупериодов несущей частоты не равны амплитудам сигналов четных нолупериодов и среднее значение синфаэной составляющей сигнала на входе первого двухполюсника 5 не равно нулю. Здесь U sin Я t — гармонический закон изменения огибающей сигнала g. — — угловая частота огибающей сигнала, er — несущая угловая частота. Происхсдит интегрирование диназ 1083156 4

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема компенсатора квадратурной помехи для следящей системы переменного тока на фиг. 2— диаграммы напряжения, поясняющие 5 работу предлагаемого компенсатора.

Компенсатор.квадратурной помехи для следящей системы .йеременного тока содержит усилитель 1, первый резистор 2, второй резистор 3, тре- 10 тий резистор 4, первый двухполюсник 5, второй двухполюсник 6, ключи 7, конденсаторы 8 и источник 9 коммутирующего сигнала.

Компенсатор работает следующим образом.

Входной сигнал U (фиг. 2ol), состоящий из синфазйой Uä, квадратурной U s и высших гармонических .U,составляющих, поступает на вход 20

Яр< усилителя 1. С выхода усилителя 1 часть указанных составляющих, определяемая глубиной обратной связи, через второй резистор 3 поступает на входы ключей 7 первого двухполюсника 5 и через последние — на конденсатор 8. Управление ключами 7 осуществляется управляющим напряжением, поступающим от источника 9 коммутирующего сигнала, обеспечивающего сдвиг напряжения на 90о относительно синфазной составляющей. Начальная фаза сигнала на управляющих входах ключей 7 выбрана так, что в течение нечетных полупериодов час35 тоты коммутирующего сигнала открыт один ключ 7, а в течение четньв:— другой ключ 7 первого двухполюсника 5. В результате синфазная составляющая, ответвляющаяся в цепь отри- 40 цательной обратной связи усилителя

1, удваивается по частоте и поступает на общую шину (фиг.. 2а и s).

Квадратурная составляющая сигнала в течение нечетных полупериодов частоты коммутируккцего сигнала прикладывается к одному конденсатору 8, а в течение четных — к другому конденсатору 8. В течение нечетных полупериодов несущей частоты опорного напряжения происходит заряд одного

50 конденсатора 8, а в течение четных— другого конденсатора 8 до амплитудного значения квадратурного напряжения U „„ .При размыкании ключа 7 разряда конденсатора 8 не происходит..55

Поэтому напряжение на конденсаторе

8 остается равным амплитудному значению квадратурной составляющей

1083156

) ф мических приращений синфазной составляющей сигнала конденсаторами

8 первого двухполюсника 5, образующими с первым резистором 2 отрица— тельной обратной связи усилителя

1 корректирующий контур, воздейст.— вующий на огибающую несущей частоты примерно так же, как интегрирующее звено постоянного тока на сигнал постоянного тока, совпадающий по форме с огибающей. Поскольку указанный контур является интегрирующим звеном в цепи обратной связи усилителя 1, то обуславливаемое им запаз дывание по фазе для огибающей приводит к положительному фазовому сдвигу огибающей амплитудно-модулированного сигнала при прохождении его через усилитель 1. Далее сигнал с существенно уменьшенной квадратурной составляющей через третий pe" эистор 4 поступает на второй двухполюсник 6. Коммутация ключей 7 второго двухполюсника 6 осуществляется в противофазе синхронно с сигналом, напряжение синфазной составляющей иа каждом его конденсаторе 8 однополярно (как это имеет место на конденсаторах 8 первого двухполюсника 5 для квадратурной составляющей сигнала), а напряжение квадратурной составляющей сигнала в течение одчого полупериода коммутация разнополярно. Поэтому в то время, когда один из ключей 7 замкнут сопро9

z тивление цепочки второй двухполюсник 6 общая шина усилителя 1 для квадратурной составляющей сигнала мало, а для синфазной составляющей

5 сигнала велико.. В результате квадратурная составляющая сигнала шунтируется, а синфазная составляющая сигнала проходит по тракту усиления без ослабления. Второй двухполюсник

10 6 обеспечивает подавление оставшейся квадратурной составляющей сигнала и необходимую компенсацию ранее полученного избыточного положительного фазового сдвига огибающей амп15 литудно-модулированного полезного сигнала. Применение предлагаемого устройства позволяет существенно повысить эффектйвность компенсации квадратурной составляющей сигнала и одновременно обеспечить формирование опережающего по фазе полезного сигнала.

Кроме того, позволяет уменьшить содержание квадратурной составляющей сигнала и высших гармоник в выходном сигнале усилителя на 40-50%, повысить динамическую точность следящей системы на 35-407 и существенно упростить корректирующие устройЗО ства следящей системы. Таким образом, предлагаемый компенсатор обладает повышенной эффективностью подавления квадратурной составляющей сигнала, а также улучшенными дина, ическими характеристиками.

1083156

<и б люду.

Заказ 1751/41 Тираж 842

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Составитель Ч. Мельников

Редактор С. Квятковская Техред M.Íàäü Корректор Г.Решетник