Преобразователь разности фаз в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз. Является дополнительньм по авт.св. № 1045158. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаз в напряжение . Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аналоговый запоминающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор 4, переключатель 5, операционные усилители 6, 7, источник порогового напряжения , резистор 12, дополнительно введены пороговые блоки 9, 10, блок 11 управления, а резистор 12 выполнен управляемым. В описании изобретения также раскрыты блоки 1,9,10,11. Устройство позволяет производить преобразование фазового сдвига сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов. Рабочий диапазон частот в устройстве (Л на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постос: янной времени интегрирования. 2 ил« to со 00 со а 14)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (584G 01 К 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1045158 (21) 3902330/24-21 (22) 28.05.85 (46) 30 ° 11.86. Бюл. Ф 44 (72) С.Л.Борисов (53) 621 317.772 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1045158, кл. С 01 R 25/00, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ

В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз. Является дополнительным по авт.св.

И 1045158. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаэ в нап- ряжение. Для достижения поставленной

ÄÄSUÄÄ 1273836 A 2 цели в устройство, содержащее аналоговый запоминающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор

4, переключатель 5, операционные усилители 6, 7, источник порогового напряжения, резистор 12, дополнительно введены пороговые блоки 9, 10, блок

11 управления, а резистор 12 выполнен управляемым. В описании изобретения также раскрыты блоки 1 9 10 11.

Устройство позволяет производить преобразование фазового сдвига сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов.

Рабочий диапазон частот в устройстве на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постоянной времени интегрирования. 2 ил.

1273836

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз.

Целью изобретения .является расши- 5 рение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаз в напряжение.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя разности фаэ в напряжение; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства, где а — сигнал на втором входе переключателя, б — сигнал на выходе одновибратора, в — сигнал на втором входе аналогового запоминающего блока, г » сигнал на выходе аналогового запоминающего блока.

Преобразователь разности фаз в напряжение содержит аналоговый запоминающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор 4, переключатель 5, первый .и второй операционные усилители 6 и 7, источник 8 опор-.

25 ного напряжения, первый и второй пороговые блоки 9 и 10, блок 11 управления и управляемый резистор 12.

Аналоговый запоминающий блок 1 содержит ключ 13, буферный усилитель

14 и конденсатор 15.

Блок 11 управления содержит операционный усилитель 16, первый, второй и третий резисторы 17, 18, 19, конденсатор 20, четвертый резистор 21, светодиод 22, пятый и шестой реэисто- 35 ры 23 и 24.

Первый пороговый блок 9 содержит компаратор 25, резисторы 26 и 27.

Второй пороговый блок 10 содержит компаратор 28, резисторы 29 и ЗО.и инвертор 31.

Выход аналогового запоминающего блока 1 соединен с выходной клеммой устройства, первый вход через одновибратор 2 соединен с выходом формирователя 3, входы которого соединены с входными клеммами устройства, второй вход аналогового запоминающего блока ) соединен с первой обкладкой конденсатора 4 и первым выводом пе- SO реключателя 5, вторым, третЬим, четвертым выводами соединенного соответственно с выходами формирователя 3, первого операционного усилителя 6, второго операционного усилителя 7, 55 при этом источник 8 опорного напряжения соединен с прямым входом второго операционного усилителя 7, инверсный вход которого соединен с второй обкладкой конденсатора 4, и инверсным входом первого операционного усилителя 6, прямым входом соединенного с общей шиной, первый пороговый блок

9 и второй пороговый блок 10 выходами соединены блоком 11 управления, выходной ток которого определяет сопротивления управляемого резистора

12 соединяющего выход аналогового запоминающего блока 1 с инверсными входами первого и второго операционных усилителей 6 и 7, инверсный вход первого порогового блока 9 соединен с прямым входом второго порогового блока 10 и первой обкладкой конденсатора 4, а прямой вход первого порогового блока 9 соединен с клеммой положительного порогового напряжения, при этом инверсный вход второго порогового блока 10 соединен с клеммой отрицательного порогового напряжения.

В аналоговом запоминающем блоке выход ключа 13 соединен с входом буферного усилителя 14 непосредственно и через конденсатор t5 — с общей шиной, при этом входами аналогового запоминающего блока 1 являются входы ключа 13, а выходом — выход буферного усилителя 14.

В блоке 11 управления операционный усилитель 16 прямым входом соединен с общей шиной, а инверсным — с резисторами 17, 18, 19 и конденсатором

20, другой обкладкой соединенным с выходом операционного усилителя 16, и через последовательно соединенные четвертый резистор 21 и светодиод

22 — с отрицательной шиной питания, первый вход блока 11 управления соединен с вторым выводом первого резистора 17 и через пятый резистор 23— с положительной шиной питания, второй вход блока 11 управления соединен с вторым выводом второго резистора 18, 1 через шестой резистор 24 — с положительной шиной питания.

В пороговом блоке 9 прямой вход компаратора 25 через резистор 26 соединен с клеммой положительного порогового напряжения Uä, а через резисП1 тор 27 — с выходом компаратора 25, являющегося выходом порогового блока

9, инверсным входом которого является инверсный вход компаратора 25.

В пороговом блоке 10 инверсный вход компаратора 28 через резистор

29 соединен с клеммой отрицательного

3836 4 обеспечения устойчивости системы автоматического регулирования.

Таким образом, система автоматического регулирования так изменяет постоянную времени заряда — разряда интеграторов на операционных усилителях б, 7,,чтобы обеспечить режим их работы близким к оптимальному для всего рабочего диапазона частот входных сигналов, исключая воэможность входа операционных усилителей 6, 7 в насыщение и резкого ухудшения точности преобразования.

В установившемся режиме предлагаемое устройство работает аналогично известному. Формирователь импульсов

3 формирует импульсы длительностью ьТ, пропорциональной фазовому сдвигу между входными сигналами (фиг.2a), кроме того, формирователь импульсов

3 и одновибратор 2 вырабатывают последовательность импульсов записи с периодом, равным периоду входных сигналов (фиг. 26) .

Переключатель S осуществляет подключение конденсатора 4 к выходам операционных усилителей 6 и 7. В течение интервала времени Т -Т кондено сатор 4 подключен к выходу операционного усилителя 6. В результате напряжения на выходе операционного усилителя (фиг.2 6) изменится на величину

127 порогового напряжения U< . и через резистор 30 и инвертор 31 с выходом компаратора 28, являющегося выходом порогового блока 10, прямым входом которого является прямой вход компаратора 28.

Преобразователь разности фаз в напряжение работает следующим образом.

Если в неустановившемся режиме )О работы частота входных сигналов велика, то амплитуда напряжения на первой обкладке конденсатора 4 мала и не превышает пороговых напряжений U

П1 . U вследствие малых времен его заря-15

П1 дя-разряда, входы блока 11 управления закорочены на общую шину, компараторы 25, 28 имеют "открытый выход". В этом случае ток, протекающий через резистор 19, медленно изменяет напря-20 жение на выходе операционного усилителя 16, увеличивая излучение светодиода 22, уменьшая сопротивление резистора 12. Постоянная времени интегрирования операционных усилителей 6, 25

7 медленно уменьшается, амплитуда напряжения на втором входе блока 1 увеличивается до тех пор, пока она по модулю не превысит один из пороговых уровней Uä, Uä . При этом сраП1 П батывают соответствующие компараторы

25, 28, а к входу операционного усилителя 16 начинает протекать ток от положительного источника питания,,Напряжение на выходе операционного усилителя 16 начинает уменьшаться, светодиод 22 уменьшает излучение, сопротивление резистора 12 уменьшается, уменьшая амплитуду напряжения на втором входе блока 1. Для УстРанения 4О

"дребезга" пороговых блоков 9, 10 и обеспечения устойчивой работы системы автоматического регулирования блоки

9и 10имеют гистерезис. Гистерезис срабатывания обеспечивается цепями: рези- 45 сторы 26, 27, резисторы 29, 30 и инвертор 31.

Постоянная времени зарядаинтегратора на операционном усилителе 16 через резисторы 24, 18, 23, 17 примерно на порядок больше максимально возможного периода входных сигналов.

Постоянная времени заряда через ре.зистор 19 примерно на четыре — пять .порядков больше максимально возможного периода входных сигналов. Эти постоянные времени выбираются иэ условий

Т -Т U = U

Е1 Л где U » — напряжение на выходе блока 1; — постоянная времени интегрирования.

В интервале времени Т.-I конден1 сатор 4 подключен к выходу операционного усилителя ?. За этот интервал времени напряжение на выходе операционного усилителя 7 (фиг.26) изменяется на величину ьи =U +(U -U ) — ——

ТЯ-11 о о был где U, " величина напряжения источника опорного напряжения.

В интервале Т- -Tä конденсатор 4 опять подключен к выходу операционно;го усилителя 6. В результате напряжение на его выходе изменяется на величину

Т -Т

aU =-U -U з о выл

Аналоговый блок 1 осуществляет операцию выборки и хранения выходного

1273836

d вание фазового сдвига входных сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов. Рабочий диапазон частот вустройстве на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постоянной времени интегрирования.

5 напряжения операционного усилителя

6 (фиг.22). В результате для установившегося. режима справедливо следующее выражение

AU +Ы +АЦ =0

Ф 2 откуда

Т -Т ат

U. -U - — - =U ——

SSR Т п опо ональ-1О Ф о р м У л а и з о б р е т е н и я

С учетом того, что Т пропорциональ ñïÐ. Г

Составитель И.Катанова

Редактор Н.Швьщкая: Техред M.Ходанич КорреКТор А.Обручар

Заказ 6471/42 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 но фаэовому сдвигу между входными напряжениями U u U, функция преобразования имеет вид

U = — -U ач

Ьь1х 2g

Следовательно, полученный результат зависит только от величины опорного напряжения, стабильность которого мо- 2б жет быть настолько высока, чтобы практически не влиять на точность преобразования.

Полученный результат измерения не зависит от частоты входных сигналов 25 в широком диапазоне частот, пока система автоматического регулирования может обеспечить нормальный режим работы операционных усилителей 6, 7.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить преобразои

Преобразователь разности фаз в напряжение по авт.св. У 1045158, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены первый и второй пороговые блоки и блок управления, а резистор выполнен управляемым, при этом выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с входами блока управления, выход которого оптически связан с управ ляемым резистором, а инверсный вход первого порогового блока и прямой вход второго порогового блока соединен с первой обкладкой конденсатора, при этом прямой вход первого порогового блока соединен с шиной положительного порогового напряжения, а инверсный вход второго порогового блока соединен с шиной отрицательного порогового напряжения.