Управляемый фазовращатель

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано , например, при построении измерительных преобразователей. Фазовращатель содержит блок 1 сдвига фаз на 90, управляемые делители 2 и 3 напряжения и сумматор 4. Введение блока 5 сравнения, инвертора 6 и образование новых функциональных связей повышает точность сдвига фазы синусоидального сигнала в широком диапазоне фазовых сдвигов и изменяет диапазон фазовых углов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл. Q

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II) (gI) 4 0 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УПРАВЛЯЕ1ЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при построении измерительных преобразователей. Фазовращатель содержит блок 1 сдвига фаз на 90, управляемые делители 2 и 3 напряжения и сумматор 4. Введение блока 5 сравнения, инвертора 6 и образование новых функциональных связей повышает точность сдвига фазы синусоидального сигнала в широком диапа. зоне фазовых сдвигов и изменяет диапазон фазовых углов. 1 s.ï.ô-лы, 2 ил., 1 табл. (21) 4137083/24-21 (22) 30.06.86 (46) 15.06 ° 88. Бюл. № 22 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) В.У. Кизилов и А.П. Лазуренко (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 985937, кл. Н 03 Н 11/20, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 907460, кл ° G 01 R 25/04, 1980 °

0) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1402962

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении различных устройств (измерительных преобразователей, где структура предполагает прецизионное управление Фазой синусоидального сигнала, фазометров, систем фазовой автоподстройки частоты), à также следящих систем контроля и регулирования„

Цель изобретения — повышение точности сдвига фазы синусоидальíîro сигнала в широком диапазоне фазовых

1 углов., На фиг. 1 представлена структур1 ная схема управляемого фазовращателя; на фиг ° 2 — графики зависимости уровней напряжений.

Фазовращатель содержит блок 1 сдвига фазы на 90, управляемые делители 20

2 и 3 напряжения, сумматор 4, блок 5 сравнения напряжений синусоидального сигнала, инвертор 6 ° Входы блока первого управляемого делителя 2 и второй вход блока 5 объединены и подклю- 25 чены к источнику входного синуссидального сигнала, выход блока 1 соединен с входом второго управляемого делителя 3, управляющий вход которого сов единен с выходом блока 5 сравнения напряжений, выходы управляемых делителей 2 и 3 напряжения соединены с входами сумматора 4, выход которого является выходом устройства и также соединен с первым входом блока 5. На- пряжение управления фазсвращателем подается на управляющий вход первого управляемого делителя ? напряжения, Фазовращатель работает следующим образом. 40

Принцип действия управляемого фазсвращателя основан на реализации известного математического выражения для синусоидальной функции

f(t) = Asin(td t + Ц) = asin at +

+ bcos g t, {1) где А — амплитуда синусоидального сигнала; — угол сдвига фазы; а и

Ь вЂ” коэффициенты пропорциональности, причем а/Ь = 1д Ц .

Очевидно, что для реализации выра в 55 жения (1) необходимо входной синусоидальный сигнал (2) преобразователь в сигнал, сдвинутый пс фазе на 90

1 (1) = Uesin4)t (3) где Б — амплитудное значение сигнала;

GD — круговая частота, Эту операцию в схеме выполняет блок сдвига фазы на 90 . Далее ал0 горитм предполагает соответствующее изменение амплитуды полученных составляюших U1(t) и U<(t) таким образом, чтобы при дальнейшем суммировании на выходе устройства был получен синусоидальный сигнал с необходимой фазой, причем важным требованием является сохранение амплитуды входного сигнала. Функцию управляемого изменения амплитуд квадратурных составляющих выполняют в схеме управляемые делители напряжений.Амплитуда составляющих должна изменяться в диапазоне от О до U,,что определяется граничными углами сдвига фазы, Соотношение амплитуд составляющих при этих углах сдвига фазы приведено в таблице.

Ампли туды

Углы сдвига фаз составляющих 0 90 -90 180 -180

U„(t) о 0 0 о 1-1о

0 Uð -Uо 0 0

Необходимые коэффициенты деления для составляющих Б1(1) и Uq(t), соответствуйщие требуемому углу сдвига фазы, пропорциональны sin u cos этого угла. Получение коэффициентов является основной трудностью npu IIocTpo енин подобных структур фаэовращателей, В предлагаемом фазовращателе учтено то, что амплитуда сдвигаемого по фазе сигнала должна оставаться неизменной, Это позволило просто решить задачу получения одного из указанных коэффициентов.

Управление фазсвращателем ведется пс одной из составляющих, т.е. напряжение управления, пропорциональное требуемому сдвигу фазы, подается на управляющий вход одного из управляемых делителей напряжения, а напряжение, пропорциональное необходимому коэффициенту деления другой составляющей, — на управляющий вход управля14029 емого делителя напряжения этой составляющей с выхода блока сравнения напряжений» При этом используется то обстоятельство что амплитуда выходЭ

5 ного сигнала фазоврашателя точно равна амплитупе входного сигнала, только при правильном соотношении коэффициентов деления составляюших П (t) и

U,(t).

В фазовращателе, структурная.схема которого приведена на фиг. I, управление ведется по синусоидальной составляющей U„(t) что позволяет получать фазовые сдвиги в диапазоне уг. лов от 0 до +180 . При U рр = 0 угол сдвига фазы Ч = 90, т.е. проходит на выход выходной сигнал блока сдвига фазы на 90 без изменения.

Экспериментальные исследования по-20 казали, что целесообразно и удобно в качестве упоавляемых делителей напояжения использовать пеоемножители аналоговых сигналов в интегральном исполнении, например 525ПС2Б, так как 25 на них можно производить четырехквадратное умножение сигналов, что не требует дополнительных инверторов в схеме. Эти перемножители реализуют функцию 30 бьат х J> где U, U — напряжения составляющих входного сигнала; — коэффициент передачи, равный 0,1.

Если на один из входов, например х, 35 подавать напряжение составляющей входного сигнала, а на другой (у) — напряжение управления, то при К = О, 1 можно производить управляемое деление входного напряжения с хорошей линейностью и в широком диапазоне, причем при 11у„р = 0 Б „ перемножителя также равно О, что позволяет получать точные фазовые сдвиги на углы, кратные 45

90, т.е. когда в выходном сигнале о фазовращателя присутствует только одна из составляющих с определенным знаком.

При использовании перемножителей

50 аналоговых сигналов в качестве управляемых делителей напряжение управления фазовращателем для предлагаемого устройства должно изменяться в диапазоне от +U до -U yä „„,„,, что

yllp. макс уаР макс 55 соответствует диапазону фазовых углов сдвига от 0 до +180. На фиг, 2 (график 1) приведена зависимость

62 4

= Г(U>ll< ) для управляемого фазоврашателя с учетом общепринятых в аналоговой схемотехнике уровней напряжений

0 + 10. Как видно из графика, для по-. лучения граничных фазовых углов сдвига 0 и 180 требуются конечные управляющие воздействия + 10 В, т.е. в этом случае на выход перемножителя проходит составляющая входного синусоидального сигнала без изменения амплитуды с определенным знаком, так

npH Uy„< = +10 В

US

Структура блока сравнения напряжений зависит от требуемой точности операции фазового сдвига синусоидального сигнала, что в конечном итоге выражается в законе, который реализует регулирующее устройство (пропорциональный, интегральный и т.д.), и способе ввода регулируемого параметра (амплитудное значение синусоидального сигнала, среднее и т.д.).

В простейшем случае блок содержит амплитудные neTPKTopbl и пропорционально-интегральный регулятор на операционном усилителе, выход которого является выходом блока сравнения напряжений, Для получения фазовых сдвигов в диапазоне углов от 0 до †1 необходимо сигнал с выхода сумматора проинвертировать. Для этого в схему введен инвертор 6. При указанном диапазоне изменения фазовых углов напряжение управления соответственно изменяется в диапазоне от -U yap,акс до + yllp. „„с . Зависимость — f(U yz<) приведена на фиг. 2 (график 2) .

Формула изобретения

1. Управляемый фазоврашатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90о и сумматор, выход которого является выходом устройства, а входы подключе— ны к выходам первого и второго управляемых делителей напряжения, входы которых подключены к источнику входного синусоидального сигнала соответственно к первому — непосредственно, а к второму — через блок сдвига на

14029б2 фазовращателем — к управляющему входу первого делителя напряжения.

Составитель Л. Воронина

Техред А.Кравчук

Кор рек тор М. Васильева

Редактор А. Маковская

Подпи сно е

Тираж 77?

Заказ 3723

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

90, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности, в него введен блок сравнения напряжений, входы которого соответственно подключены к источнику входного сигнала и выходу сумматора, а ваход подключен к управляющему входу второго управляемого делителя напряжения, источник напряжения управления

2„Фаз овращатель по п. 1, о т л ич а ю шийся reM, что, с целью изменения диапазона фазовых углов, в него введен инвертор, выход которого является выходом устройства, а

10 вход соединен с выходом сумматора.