Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано в устройствах измерения сдвига фаз. Цель изобретения - повышение - точности. Цель достигается исключением фазоамплитудной погрешности, вносимой переменной составляющей температуры р-п-переходов туннельных диодов , входящих в переключающие элементы 3 и 4. С помощью сумматоров 12,13, D-триггеров. 14, 15, инвертирующих ключей 16, 17, делителя I8 на два и элемента И 19 вьтолняется переключение туннельных диодов на восходящую ветвь характеристики через один период.квантующей частоты. При этом средняя мощность не изменяется в течение периода входного сигнала и температуры р-п-переходов остается постоянной. Фазометр содержит также согласующие блоки 1 и 2, токовые ключи 5 и 6, генератор 7 квантующих импульсов, элемент ИСКЛЮ ШО- ЩЕЕ ИЛИ 9, элемент И 10, счетчик 11, времязадающий блок 8. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (О С/)

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 цд 4 G О! R 25/00

Щf"Р "!Ц ., 7. q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4182786/24-21 (22) 19.01.87 (46) 07.09.88. Вюл. У 33 (71) Красноярский политехнический институт (72) А.М. Геник и М.К. Чмых (53) 621 ° 317.373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !

1- 628456, кл. G 05 В !/01, 1974.

Авторское свидетельство СССР

9 398887, кл. G О! R 25/00, 1972. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР (57) Изобретение может быть использовано в устройствах измерения сдвига фаз-. Цель изобретения — повьппение . точности. Цель достигается исключением фаэоамплитудной погрешности, вносимой переменной составляющей температуры р-и-переходов туннельных диодов, входящих в переключающие элементы 3 и 4. С помощью сумматоров

12,13, D-триггеров, 14, 15, инвертирующих ключей 16, 17, делителя 18 на два и элемента И 19 выполняется переключение туннельных диодов на восходящую ветвь характеристики через один период квантующей частоты.

При этом средняя мощность не изме— няется в течение периода входного сигнала и температуры р-и-переходов остается постоянной. Фазометр содержит также согласующие блоки 1 и 2, токовые ключи 5 и 6, генератор 7 квантующих импульсов, элемент ИСКЛЮЧ!(1ЩЕК ИЛИ 9, элемент И 1О> счетчик ll, времязадающий блок 8. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1422181

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых фазометров, предназначенных для измерения сдвига фаз гармонических сигналов в широком диапазоне частот.

Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига фаз.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на 1 иг. 2эпюры напряжений, поясняющие принцип работы фазометра, на фиг. 3— функциональная схема переключающего элемента, на фиг. 4 — функциональная схема инвертирующего ключа.

Цифровой фазометр содержит два согласующих блока 1 и 2, два переключающих элемента 3 и 4, два токовых ключа 5 и 6, генератор 7 кнантую- 20 щих импульсов, нремязадающий блок 8, элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ.ИЛИ 9, элемент

И 10, счетчик 11, причем первые входы переключающих элементов 3 и 4 подключены к прямому выходу генератора 25

7 квантующих импульсов, а их выходы— к входам токовых ключей 5 и 6, выход времязадающего блока 8 подключен к первому входу элемента И 10, выход которого подключен к входу счет 30 чика 11, а также два сумматора 12 и

l3, два D-триггера 14 и 15, два инвертирующих ключа 16 и 17, делитель

18 частоты на два, дополнительный элемент И !9, подключенный первым 35 входом к элементу ИСКЛ10ЧА!ОЩЕЕ ИЛИ 9, а вторым — к входам синхронизации

D-триггеров 14 и 15, управляющим входам инвертирующих ключей 16 и 17 к входу времязадающего блока 8 и к 40 выходу делителя 18 частоты на два, причем выход дополнительного элемента И 19 подключен к входу элемента И 10, выходы согласующих блоков 1 и 2 — к первым входам сумма- 45 тора 12 и 13, выходы которых подключены к сигнальным входам переключающих элементов З.и 4, выходы токовых ключей 5 и 6 подключены к D-входам

D-триггеров 14 и 15, а выходы D-триг-5( герон соединены с входами инвертирующих ключей 16 и 17 и входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЧИ, инвесрный выход генератора 7 квантующих ичпульсов соединен с Вторыми входами пере- 55 ключающих элементов 3 и 4, а логический ныход генератора 7 квантующих импульсов подключен к делителю 18 частоты на два, выходы иннертирующих ключей 16 и 17 подключены к вторым входам сумматоров 12 и 13, кроме того, инпертирующий ключ (фиг. 4) содержит инвертор 20, второй и третий дополнительные элементы И 21 и 22, два ключа. 23 и 24, причем первые входы элементов И 21 и 22 соединены с управляющим входом иннертирующих ключей 16 и 17, вход инвертора 20 соединен с вторым входом элемента И 21 и входом инвертирующего ключа 16 (17),:выход инвертора 20 соединен с вторым входом элемента И 22, выход . элемента И 21 подключен к управлящему входу первого ключа 23, информационный вход которого соединен с источником отрицательного напряжения, выход элемента И 22 соединен с управляющим входом второго ключа 24, информационный вход которого соединен с источником положительного напряжения, выходы ключей 23 и 24 объединены и соединены с выходом инвертирующего ключа 16(17), переключающий элемент 3(4) содержит туннельные диоды 25 и 26, причем анод туннельного диода 26 соединен с катодом туннельного диода 25, эта точка является сигнальным входом переключающего элемента 3(4) и одновременно его выходом. Анод туннельного диода 25 является первым входом переключающего элемента 3(4). Катод туннельного диода 26 является вторым входом переключающего элемента

3(4) .

Фазометр работает следующим образом.

Рассматривают работу одного канала формирования сигнала. Входной синусоидальный сигнал (фиг. 2а) поступает на согласующий блок 1, который может быть выполнен в виде эмиттерног0 повторителя. Далее сигнал поступает на сумматор 12, например резистивный, и с него на переключающий элемент 3.

С генератора 7 квантующих импульсов на входы переключающего элемента 3 поступают положительные и отрицательные импульсы (фиг. 2б,в). Переключающий элемент 3 выполнен н виде пары последовательно соединенных туннельных диодов 25 и 26 (фиг. 3) с импульсным питанием (пары Гото) . Под воздействием отрицательной полуволны . сигнала по фронту импульсного питания переключается диод 25, а при по вЂ, ложительной полуволне — диод 26. Сос3 14221 тояние пары Гото преобразуется токовым ключом 5 в стандартные логические уровни. Токовый ключ 5 представляет собой быстродействующий уси5 литель. D-триггер 14 считывает сигнал с токового ключа 5 по фронту импульсов, поступающих с делителя IS частоты на два. Это считывание происходит в момент времени, предшествующий окончанию импульса с токового ключа 5, так как суммарная задержка переключающего элемента 3 и токового ключа 5 больше задержки делителя 18 частоты на два. Сигнал, считанный

D-триггером !4 (фиг. 2к), поступает на вход инвертирующего ключа 16. Последний работает следующим образом.

Когда с делителя 18 частоты на два на управляющий вход инвертирующего ключа 16 поступает логический "0", ключ 16 закрыт, íà его выходе напряжение отсутствует (фиг. 2л) и входной сигнал проходит через сумматор

12 без изменения. В случае логиче- 25 ской "!" на управляющем входе инвертирующий ключ 16 вырабатывает напряжение, противоположное по знаку входному, по величине большее максимального входного сигнала. Это напряжение поступает на сумматор

12 и складывается с входным сигналом. На выходе сумматора 12 возникает напряжение (фиг. 2д), противоположное по знаку входному сигналу, это

35 приводит к тому, что переключающий элемент 3 по очередному импульсу питания переходит в состояние, противоположное предыдущему (фиг. 2е) .

Это состояние не считывается D-триг40 гером 14, так как этот момент времени соответствует срезу импульса с делителя 18 частоты на два.

Переключающий элемент 3 каждый второй период квантующей частоты пе-реходит в состояние, противоположное предыдущему (фиг.2е), т.е. каждый туннельный диод 25 и 26 переключается на вторую восходящую ветвь характеристики через один период квантующей частоты. При этом средняя мощность, рассеиваемая на диодах 25 и 26, не изменяется в течение периода входного сигнала. Температура р-и-переходов остается постоянной, так как тепловая постоянная времени

I р-и-переходов много больше перйода квантующих импульсов. Таким образом, исключается фазоамплитудная погреш81

4 ность, обусловленная переменной составляющей температуры р-и-переходов туннельных диодов 25 и 26. Канал формирования сигнала, состоящий из согласующего блока 2, сумматора 13, переключающего элемента 4, токового ключа 6, D-триггера 15 и инвертирующего ключа 17, работает аналогично. Сигналы с выходов D-триггеров 14 и 15 поступают на входы элемента ИСК1ПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, который формирует интервалы времени, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между входньпчи сигналами. Дополнительный элемент И 19 осуществляет квантование интервала времени. Времязадающий блок 8 может быть реализован в виде последовательного соединения счетчика импульсов и триггера. Импульсы времени измерения с выхода времязадающего блока 8 управляют прохождением счетных импульсов с дополнительного элемента И 19 через элемент И 10 на счетчик 11. Число импульсов, зарегистрированных счетчиком II о

Мй.. о

180, где tя, — время измерения, — период частоты, вырабатываемой делителем 18 частоты на два; — измеряемый фазовый сдвиг.

Если „ „,/t = 18 10", где п = 1, 2,3,..., то Nq соответствует измеряемому фазовому сдвигу в градусах (и =

l) или долях градуса в десятичной системе.

Инвертирующий ключ работает следую-, щим образом.

Если на управляющем входе логический "0", на выходе элементов И 21, 22 также логический "0", ключи 23 и

24 закрыты и напряжение на выходе инвертирующего ключа отсутствует.

Если на управляющем входе логическая .

"1" и на входе инвентора 20 также логическая "1", ключ 23 открыт и на выходе инвертирующего ключа . отрицательное напряжение. Если на входе инвертора 20 логический "0", открыт ключ 24 и на выход проходит положительное напряжение.

Таким образом, использование новых элементов, а именно: двух сумматоров, двух D-триггеров, двух инвертирующих ключей, дополнительного элемента И и делителя частоты на два с

1422181 6 соответствующими связями позволяет исключить составляющую фаэоамплитуд" ной погрешности, обусловленную переменной составляющей температуры р-и5 переходов туннельных диодов, и в целом повысить точность измерения сдвига фаэ, Формула изобретения

1О

l, Цифровой фаэометр, содержащий два согласующих блока, два переключающих элемента, два токовых ключа, генератор квантующих импульсов, вре мязадающий блок, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, элемент И, счетчик, причем первые входы переключающих элементов соединены с прямым выходом генератора квантующих импульсов, а их выходы— с входами токовых ключей, выход вре- 2р мязадающего блока соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом счетчика, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фаз, 25 он снабжен двумя сумматорами, двумя

D-триггерами, двумя инвертирующими ключами, делителем частоты на два, дополнительным элементом И, соединенны«« первым входом с выходом элемента

ИСКПЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вторым — с входами .синхронизации D-триггеров, управляющими входами инвертирующих ключей, с входом времязадающего блока и выходом делителя частоты на два, причем выход дополнительного элемента И соединен с входом элемента И, выходы согласующих блоков соединены с первыми входами сумматоров, выходы которых соединены с сигнальными входами переключающих элементов, выходы токовых ключей соединены с D-входами D-триггеров, а выходы D-триггеров соединены с входами инвертирующих ключей.и вхоУ дами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход генератора квантующих импульсов соединен с вторыми входами переключающих элементов, логический выход генератора квантующих импульсов соединен с входом делителя часто ты на два, а выходы инвертирующих ключей соединены соответственно с входами сумматоров, 2, Фаэометр по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что инвертирующий ключ содержит инвертор, второй и третий дополнительные элементы И, два ключа, причем первые входы элементов И соединены между собой и с уп" равляющим входом инвертирующего ключа, вход.инвертора соединен с вторым входом второго дополнительного элемента И и входом инвертпрующего ключа, выход инвертора .соединен с вторым входом третьего дополнительного элемента И, выход второго дополнительного элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого соединен с источником отрицательного напряжения, выход третьего дополнительного элемента И соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с источником положительного напряжения, выходы ключей объединены и соединены с выходом инвертирующего ключа.

)422181

14221 81

Тираж 772

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

Редактор И.. Горная

Заказ 4427/46

Составитель М. Катанова

Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар