Фазовращатель

 

Изобретение относится к устройствам для формирования напряжения переменного тока, фаза которого сдвигается на 90° относительно другого напряжения переменного тока . Может быть использовано в фазоизмерительн ых устройствах. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы фазовращателя. Устройство содержит источники 1. и 2 опорного напряжения положительной и отрицательной полярности, масштабные резисторы 3-10, операционные усилители 11 и 12, интеграторы 17 и 18j компаратор 23, триггер 25, общую шину 26, вход 27, выход 28. Для достижения поставленной цели в устройство введены амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22 напряжения, формирователи 13-16 импульсов и дополнительный компаратор 24. 2 ил. S (Л , fcs./ ю го 4 -Ч оо :D (pt/f.f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3798357/24-21 (22) 07.10.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (72) Е,А.Ермилова, В.А.Сергеев, Б.М.Пискунов, П.К.Шелипов и О.В.Отраднов (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 981901, кл. G 01 R 25/04, 1982.

Боринец И.Д. Фазовращатель для синхронного детектора, Приборы н техника эксперимента, 1977, ¹ 1, с, 156.

Ф,у (54) ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к устройствам для формирования напряжения переменного тока, фаза которого сдвигается на 90 относит JIbHo

„.Я0„„1224739 А другого напряжения переменного тока. Может быть использовано в фазоизмерительных устройствах. Цель изобретения — повышение точности и надежности работы фазовращателя.

Устройство содержит источники и 2 опорного напряжения положительной и отрицательной полярности, масштабные резисторы 3-10, операционные усилители ll и )2, интеграторы 17 и 18, компаратор 23, триггер 25, общую шину 26, вход 27, выход 28.

Для достижения поставленной цели в устройство введены амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22 напряжения, формирователи 13-16 импульсов и дополнительный компаратор 24. 2 ил.!

224739

Изобретение относится к устройс тв ам, п реди аз н ач е иным для форл1крования напряжения переменного тока, фаза которого сдвинута на 90 относительно другого напряжения переменного тока, и может быть использовано в фазоизмерительных устройствах.

Цель изобретения — повышение точности и надежности работы фазовращателя.

На фиг. изображена функциональная схема предлагаемого фазсвращателя, на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов .

Фазовращатель содержит источник

1 опорного напряжения положительной полярности, источник 2 опорного напряжения отрицательной полярности, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7, шестой 8, седьмой

9 и восьмой 10 масштабные резисторы, первый ll и второй 12 операционные усилители, первый 13, второй 14, третий 15 к четвертый 16 формирователи импульса, первый 17 и второй 18 интеграторы, первый 19 и второй 20 амплитудные детекторы, первый 21 и второй 22 делители напряжения, компаратор 23, дополнительный хомпаратор 24, триггер 25, шину 26 нулевого потенциала, вход 27, выход 28.

Вход устройства через резистор 4 подключен к инвертирующему входу перBoro операционного усилителя 11, а через резистор 5 подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 12, Источник 1 к 2 опорных напряжений через делите-.:;..: †;а-пряжений, образованные из резксторов 7 и 9 (8 и 10) подключены к вторым входам усилителей )1 и !2. Выходы усилителей 11 и 12 через послеь довательно подключенные интеграторы

17 и 18, амплитудные детекторы 19 и

20, делители 21 и 22 напряжения, компараторы 23 и 24 подключены к входам триггера 25, выход которого яв ляется выходом устройства. Входы формирователей 13 и 14 подключены к выходам усилителей 11 и 12, а выходы их соединены с вторыми входами интеграторов 17 к 18. Вторьш входы компараторов 23 и 24 соединен:, с выходами интеграторов 17 и 18, а выходы компараторов 23 и 24 через формирователи 15 и, 16 импульсов соединены с вторыми входами амплитудных детекторов 19 и 20, при этом резисторы 3 и б образуют цепи отрицатель ной обратной связи „. я усилителей

11 и 12.

5 Фазовращатель работает следующим образом.

С входа 27 синусоидальное напряжение (фиг. 2о, здесь и ниже, если специально не оговорено, рассматри1О

0 ваются диаграммы, изображенные на фиг, спло!ш. ыми линиями, -IF p83 нто рой 4 к третий 5 масштабные резксто— ры поступает на инвертиру ощие входы первого !! и второго !2 операцион15 ных усилителей, которые работают в режиме ограничения.

Н;-. некнверткрующие входы первого

11 и второго 12 операционных усилителей поступают напряжения от ис20 точн !KoB и 2 опорных напряжений положительной и отрицательной полярностей (Фкг, 2а — сплошные прямые пинии), причем величины этих напряжений устанавливаются делителями, 25 образованнымк соответственно пятым масштабным резистором 7 и седьллым масштабным резистором 9, шестым масштабным резистором 8 и восьмыл1 масштабным резистором 10. В результате

311 ограничения на выходах первого !1 к второго 12 операционных усилителей формируются прямоугольные импульсы напряжения (фиг. 2б,о).Эти прямоугольнь|е напряжения поступают на информационные входы первого 17 к второго 18 интеграторов, где интегрируются. По заднему фронту прямоугольных напряжений (фиг. 2б,Ь) первый 13 и второй 14 формирователи. им4б пульса вырабатывают сигналы, по которым происходит сброс в исходное состояние первого 17 и второго 18 интеграторов. В результате форма выходных напряжений первого 17 и

1 второго !8 интеграторов имеет вкд пклообразньх импульсов (фиг. 2$,8).

Первый 19 и второй 20 амилитудные детекторы выделяют максимальное значение выходных напряжений соот О ветственнс первого 17 и второго 18 интеграторов. На выходах первого

19 и второго 20 амплитудных детекторов формируются постоянные напряжения (фиг. 2е,ж). С помощью

5$ первого 21 и второго 22 делителей напряжения эти постоянные напряжения устанавливаются равными половине максимального значения вы1224739 4 ходных напряжений соответственно первого 17 и второго 18 интеграторов (фиг.2 2,3,) .

Таким образом, на входы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают: на первые входы — напряжения пилообразной формы (фиг. 22,0), а на вторые входы постоянные напряжения, величина каждого из которых равна половине максимального (амплитудного) значения соответствующего напряжения пилообразной формы. Компаратор 23 и дополнительный компаратор 24 в моменты сравнения формируют импульсы (фиг.2и, л), причем в моменты сравнения входной синусоидальный сигнал достигает максимального значения (пик амплитуды — фиг. 2с1 ). Эти импульсы поочередно поступают на входы триггера

25, на выходе которого (в результате его периодического переключения) формируется симметричное напря -.ение прямоугольной формь1 типа "меандр (фиг. 2н). Вследствие того, что срабатывания компаратора 23 (фиг. 2и) и дополнительного компаратора 24 (фиг. 2л ) происходят в моменты достижения входным синусоидальным сигналом (фиг. 2 a) максимумов амплитуды (положительного и отрицательного), то моменты переключения триггера 25 (фиг. 2н) такж соответствуют этим максимумам. Поэтому сформированное на выходе триггера 25 прямоугольное напряжение (фиг. 2н)оказывается сдвинутым относительно входного синусоидального сигнала (фиг. 2 а) на угол 90, причем велио о чина этого сдвига равна 90 и устанавливается настройкой коэффициентов передачи первого 21 и второго

22 делителей напряжения. Как отмечалось, коэффициенты передачи устанавливаются такими, чтобы на выходах первого 21 и второго 22 делителей напряжения напряжение было равно половине выходных напряжений первого 17 и второго 18 интеграторов.

Выходные импульсы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают на входы третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульса, назначение которых состоит в формировании импульсов некоторой фиксированной длительности(фиг.2к,м).

По заднему фронту этих импульсон происходит "обнуление" (разряд) 5

1О

l5

55 первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов (фиг. 2е,ж). Затем происходит заряд первого 19 и вгорого 20 амплитудных детекторов до текущего амплитудного значения выходных напряжений первого 17 и второго 18 интегратрров (фиг. 2е,ж), причем "обнуление" (разряд) первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов и их последующий заряд происходит за время от заданного фронта выходных импульсов третьего

15 и четвертого 16 формирователей импульса до момента "обнуления" первого 17 и второго 18 интеграторов (фиг. 2е,ж).

Так как назначение фазовращателя состоит в формировании напряжео ния, сдвинутого на 90 относительно входного синусоидального напряжения, то под точностью рыботы понимается величина приближения (или отклонения). фазы сформированного нао пряжения к величине 90, выраженная в градусах (абсолютная величина) или процентах (относительная неличина).

Оценим точность работы предлагаемого фазовращателя.

В предлагаемом фаэовращателе при нестабильности, например, входного синусоидального сигнала, происходят следующие процессы.

Предположим, что амплитуда синусоидального сигнала на входе 27 увеличилась (фиг. 2а — пунктир),а величины напряжений источников l u

2 опорных напряжений положительной и отрицательной полярностей не изменились (фиг. 2а — прямые сплошные линии). На выходах первого 1l и второго 12 операционных усилителей формируются более "широкие" (протяженные) прямоугольные импульсы (фиг. 2б,в — пунктир).На выходах первого 17 и второго 18 интеграторов формируются пилообразные напряжения увеличенной амплитуды (фиг. 2 z,Ý— пунктир). На выходах первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов формируются напряжения также более высокого уровня (фиг. 2е,ж — пунктир). Эти напряжения вдвое уменьшаются по величине в первом 21 и втором 22 делителях напряжения и подаются на входы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24.

Поскольку выходные напряжения первого 21 и второго 22 делителей

1224?39

5О

55 напряжения вдвое меньше по величине выходных напряжений соответственно первого 17 м второго 18 интеграторов (фиг. 2 g,Д вЂ” пунктирные пилообразные и прямые линии), то моменты срабатывания компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 приходятся по времени на моменты максимумов амплитуд положительной и отрицательной полуволн синусоидального сигнала с входа 27 (фиг. 2о).

Оценим точность работы предлагаемого фазовращателя при нестабильности параметров первого 21 и второго 22 делителей напряжения.

Согласно вышеуказанному на выходе делителей 21 и 22 напряжения сформированы напряжения, величины которых вдвое меньше выходного напряжения первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов, а коэффициент деления делителей 21 и 22 напряжения равен определенному значению, отклонение которого приводит к дополнительному (паразитному") о фазовому сдвигу (отличному от 90 ) сформированного на выходе триггера

25 прямоугольного напряжения. Например, если делители 21 и 22 напряжения выполнены на резисторах, технологическая точность которых равна 1%, то "паразитный" фазовый сдвиг сформированного прямоугольноо го напряжения составит 8 и точность фазовращателя при этом равна, примерно, 9%. Если же делители 21 и 22 напряжения выполнены на резисторах, точность которых равна 0,1%, то

"паразитный" фазовый сдвиг и точность фазовращателя составят соото ветственно 2,5 и 2%.

Таким образом, в предлагаемом фазовращателе без принятия мер стабилизации коэффициента деления первого 21 и второго 22 делителей напряжения структурно обеспечивается высокая точность работы: в 2-3 раза выше, чем у устройства-прототипа.

Кроме того, предлагаемый фазовращатель характеризуется более высокой надежностью работы, так как в нем опорные напряжения выбраны всегда меньше амплитуды входного синусоидального напряжения, что обуславливает надежную (без пропусков) рабо— ту первого 11 и второго 12 операционных усилителей ll и 12. Напомним, что в устроистве прототипе опорные напряжения выбираются равными или чуть меньше амплитуды входного синусоидального напряжения. Отклонения от такого выбора приводят либо к несимметричности выходного прямоугольного напряжения, либо, вообще, к пропуску "полуволны" этого напряжения, т.е, к сбою в работе триггера.

Формула изобретения

Фазовращатель, содержащий первый и второй операционные усилители, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен первый масштабный резистор, к инвертирующему входу первого операционного усилителя подключен первый вывод второго масштабного резистора, второй вывод которого является входом фазовращателя и подключен к первому выводу третьего масштабного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого масштабного резистора и с инвертирующим входом второго операционного усилителя, к выходу которого подключен второй вывод четвертого масштабного резистора, выход источника опорного напряжения положительной полярности через пятый масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выход источника опорного напряжения отрицательной полярности через шестой масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, компаратор, выход которого подключен к первому входу триггера, выход которого является выходом фазовращателя, первый вывод седьмого масштабного резистора соединен с шиной нулевого потенциала и восьмой масштабный резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности инадежности работы, в него введены первый и второй интеграторы, первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый формирователи импульса, дополнительный компаратор, причем выход первого операционного усилителя подключен к информационному входу первого интегратора, выход которого соединен с пер1224739 е и

t

Составитель В.Шубин

Техред Н.Бонкало

Редактор А.Ревин

Корректор Е.Сирохман

Заказ 1947(45

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вым входом компаратора и входом пер— вого амплитудного детектора, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения, а выход последнего — к второму входу компаратора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с вторым выводом седьмого масштабного резистора, выход второго операционного усилителя подключен к информационному входу второго интегратора, выход которого соединен с первым входом дополнительного компаратора и входом второго амплитудного детектора, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом дополнительного компаратора, выход которого подключен к второму входу триггера, неинвертируюшии вход второго операционного усилителя через восьмой масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, выход первого операционного усилителя через первый формирователь импульса подключен к входу сброса первого интегратора, выход второго операционного усилителя через второй

1О формирователь импульса подключен к входу сброса второго интегратора, выход компаратора через третий фор.— мирователь импульса подключен к входу сброса первого амплитудного де1S тектора, выход дополнительного компаратора через четвертый формирователь импульса подключен к входу сброса второго амплитудного детектора.