Синхронный преобразователь (его варианты)

 

Изобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочувствительных измерительных приборах. Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды входного сигнала. Сущность: между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фильтр нижних частот и сумматор, второй вход которого подключен к генератору модулирующих сигналов. В вариантном исполнении между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель и сумматор, при этом вторые входы сумматора и фазочувствительного выпрямителя подключены соответственно к выходам генератора модулирующих сигналов. 1 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) 5 H 03 D 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3245222/18-09 (22) 03.02.8 1 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Таллинский политехнический институт (72) Г1.В.Г1ин, Т.Э.Парве и Х.В.Силламаа (53) 621. 376. 4 (088. 8) (56) Патент CUA ¹ 3329900, кл. 325-346, 1967.

Авторское свидетельство СССР № 814237, кл. Н 03 D 5/00, !976. (54) СИНХРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЕГО .

ВАРИАНТ!,!) (57) 1. Синхронный преобразователь, содержащий последовательно соединенные перемножитель и селективный блок, выход которого является выходом синхронного преобразователя,фа.зовый модулятор и генератор модулирующих сигналов, при этом первый вход перемножителя является входом синхронного преобразователя, а второй соединен с выходом фазового модулятора первый вход которого является входом опорного сигнала синхронного преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды входноИзобретение относится к радиотехнике и радиоизмерительной технике и может быть использовано в фазочувствительных измерительных приборах.

Цель изобретения — повьппение точности измерения амплитуды входного сигнала.

„„SU„, 1589371 A 1

ro сигнала, между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фильтр нижних частот и сумматор, второй вход которого подключен к генератору модулирующих сигналов.

2. Синхронньц преобразователь, содержащий последовательно соединенные перемножитель и селективный .блок, выход которого является выходом синхронного преобразователя, фазовый модулятор и генератор модулирующих сиг- . налов, при этом первый вход перЕмножителя является входом синхронного преобразователя, а второй соединен с выходом фазового модулятора, первый вход которого является входом опорного синхронного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения амплитуды входного сигнала, между выходом перемножителя и вторым входом фазового модулятора введены последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель и сумматор, при этом вторые входы сумматора и фазочувствительного выпрямителя .подключены соответственно к выходам генератора модулирующих сигналов.

На фиг.1 приведена структурно-Фун.кциональная схема синхронного преобразователя, по первому варианту; на фиг.2 — структурно-функциональная схема синхронного преобразователя по второму варианту.

1589371

Синхронный преобразователь по перВому варианту содержит перемножитель

1, селективный блок 2, фазовый модулятор 3, генератор 4 м()дулирующих сигналов, сумматор 5 и фильтр 6 ни)(; них частот.

Синхронный преобразователь по второму варианту содержит преобразователь 7, селективный блок 8, фазовый модулятор 9, генератор 10 модулирующих сигналов, сумматор 11 и фазо.чувствительный выпрямитель 12.

Синхронный преобразователь по первому варианту работает следующим ,образом.

Входной сигнал Б „ поступает на первый вход перемножителя 1, где он перемножается с модулированным по фазе в фазовом модуляторе 3 опорным 2О сигналом S„ д . Результат перемножения S „ на выходе перемножителя 1 содержит переменные компоненты, уровень которых пропорционален уровню модуля входного сигнала. S z);. Эти компоненты 2$ выделяются при помощи селективного блока 2, который выдает «ыходной сигнал Беях.

Компенсация ошибки синфязировкп между входным и опорньн(сигналами

S >)(и So() ñèíõðoínoãî преобразова-теля происходит следующпм образом.

При ошибке синфазировки между

S „и So«сигнап S „содержи. постоянную составляющую, которая «ыделяется при помощи фильтря 6 низких частот, и подается в виде сигналя рассогласования S () на пеpвьlй вход сумматора 5, в котором этот сигнал суммируется с модулирующпм спгнало (, О

S ñ выходом гене 4, а сумма сигналов (S> + S()) подается ня ".òo-. рой вхОД фаз ОВОгО моДул вторя 3 c выхода которого получается модулированный по фазе опорный сигнал

SMo„. Сигнал рассогласования Б (, изменяет постоянную составляющую з акона фазовой модуляции опорного сигнала S „„до исче зно«е ния постоянного составляющего в сигнале Б„на выходе перемножителя 1, что соот«етствует точнои синфазировке синхронного преобразователя.

Сущность и работа обеих вариантов предложенного синхронного преобрязо—

55 вателя поясняются следующими математическими модулями сигналов и процессов их преобразований.

Входной сигнал имеет форму

Бьх(с) =- M sin(yt + Ч) У где И вЂ” модуль (амплитуда) вектора сигнала;

g — ошибка синфазировки между вхОдным и Опорным сигналами, Опорный сигнал

Бр, (с) = I sinQt (2) где I — нормированная амплитуда.

Модулирующий сигнал

Б (с);Фsinpt (3) где (— глубина фазовой модуляции;

Q — частота фязовой модуляции.

Закон фазовой модуляции

S „(t) „- ф sin Q(t) + С), (4) где Π— сдвиг фазы, вызываемый сигналом рассогласования Б().

Иодулировяннь(й опорный сигнал моо (t) = х х"" (>t

+fein tt t) j, S(((t) = if sin(tt)t +g) Т sin (Я с +

1 (() + () e intt t.)J = M (can х

1

x(t(— Q -() хin (t tо — — — II x

2 х оох (2 ОО t et(eg + (х eintt te) (6) причем низкочастотная слагаемая

Snn(t) = М сох t((— Π— (()ein до) (7) выражается в соответствии с формулой

c cns (g. — Я ) =- cosg cosр+ х(оМ tin () j (8) в следующем виде

S (с) = — -- М cos (p — g) х н )(Сигнал на выходе перемножителя

S()(t) = Süõ(с) Soon(с) имеет следую— щий вид.

1589371 б таточная ошибка фазировки С . Учитывая поворот фазы опорного сигнала о на 90, постоянный сигнал ошибки с выхода перемножителя 1 выражается с (I учетом того что cos (Ь(0+ — -)

2 т,() — s in Ega виде М вЂ” — — s in h p no фор2

Оба . слагаемые сигнала Я„„разложены в ряды Фурье:

"Г- (singt)7+-- x

2 х 11 sin (1Р— I)) (sin x х хв(п (Рв(пяс)), (9) 1 — — N соя (q g) Гсов (Psingt) l =

= И cos (g — 0) — <- +

z5

2ББ(Б) сов (2k) 12t); (10)

К=!

10 муле (1О) . Основной частью остаточной ошибки фаэировки М является статическая ошибка ц), которая обусловлена конечным значением глубины отрицательной обратной связи, которая

15 определяется" коэффициентами передачи К, перемножителя 1 и К фильтра 6 низких частот, через которые bP выражается в следующем виде:

М Б1п (t) — I)) (sin(l s1nIit)

042 — sin (Cf g) ? а,, (ф)х

Ка 1 х sin (2k-1)atl

) ) где I (Ф) — бе с селев ская функция

i-ro порядка.

Постоянный компонент, который в первом варианте является сигналом ошибки, на выходе перемножителя 1 определяется выражением N cos (P— (Я) — О) - 2--- по формуле (10), Для того, чтобы сигнал ошибки равнялся нулю, необходимо, чтобы сомножитель

cos (f — 0) = О. Следовательно, требуется выполнить условие 0 = ((P+ ((+ †-), т.е. дополнительно вносимый фазовый сдвиг должен компенсировать не только ошибку синфазировки g но и вносить постоянный фазовый о сдвиг +90 . Для лучшего выполнения этой задачи целесообразно,. но не обязательно, включить. в цепь опорного сигнала Б,) фазовращатель, который хотя бы приблизительно поворачивал фазу опорного сигнала Яоп на ()) = 90

Поскольку автоматическая синфазировка не может быть осуществлена с абсолютной точностью, остается ос20 Ч+ 9

Й(= — — — — — ) (12)

К(Кб о где hg = (g — 90 ) — ошибка поворота фазы на 90

Существует еще динамическая ошибка h(() которая связана в основном -," ф 2 с инерционностью фильтра 6 низких частот, и ошибка от сдвига нуля Ь(с как перемножителя. 1, так и фильтра

6 низких частот. Остаточная ошибка фазировки 5р является суммой этих ошибок:

hg = ЬЯ„+ ЬP + ЬС . (13)

Информацию об уровне модуля M выходного сигнала S цы„носят нечетные гармоники закона фазовой модуляции по формуле (2) . Если селек40 тивный блок 2 является гребенчатым фильтром, выходной сигнал $. )„явля.ется суммой всех нечетных гармоник

42 П вью (С) = М СОВ Ь(((22Б К-1

1 (4I) sin (2k-1) (2 (14)

Достаточно малая остаточная ошибка синфазировки h(p несущественно нарушает точность работы синхронного преобразователя, например Щ = 2,5 о вызывает погрешность 0,1Х.

Селективный блок 2 может быть и однополосным фильтром, который настроен, например, на частоту фаэовой модуляции (2 (589371

s »Ä(t) = 11 сая by(I, (Ю) ain t) (15)

Глубиной модуляции @ целесообразно выбрать н данном случае такое значение Ф =- Pt11 = 1,8 раз, при котором бесселевская функция первого порядка имеет первый экстремум

I«(1,8) = 0,58. Селективный блок 2 может быть построен и н виде фаза- 10 чувствительного демодулятора, работающего синхронно с фазовой модуляцией опорного сигнала. В таком случае выходной сигнал S Вык является

Постоянным сигналом, уровень которого пропорционален уровням всех (или группы) нечетных гармоник с частотами (2k-1)U, или же только одному из них, например уровню первой гармоники с частотой р . 20

Синхронный преобразователь по нтсрому варианту работает следующим образом.

Входной сигнал S н„поступает на

25 первый вход перемножителя 7, где он

Перемножается с модулированным по фазе н фазовом модуляторе 9 опорньи сигналом $eo . Результат перемножения Бр на выходе перемножителя 7 содержит переменные компоненты. Эти компоненты выделяются прп помощи селективного блока 8, который выдает выходной сигнал S „к.

1<омпенсация ошибки синфазировки

Между входным $ нк и выходным Бор 35 сигналами происходит следующим образом.

При ошибке синфазировки между БбК и Б„„сигнал S содержит переменные компоненты на частотах, кратных частоте фазовой модуляции опорного сигнала Soð, но не совпадающих с часто-. тами компонентов, которые выделяются при помощи селективного блока 8.

Переменные компоненты pò ошибки синфазировки выделяются при помощи фазочувствительного выпрямителя 12 и выдаются в виде сигнала рассогласования Б, который подается на пер50 вый вход сумматора 11, в котором этот сигнал суммируется с модулирующим

< игналом $> с выхода генератора 10, а сумма сигналов S + $1, подается иа второй вход фазового модулятора

9, с выхода которого получается мо55 дулированныи по фазе опорный сигнал

S к Ор Сигнал Рассогласования S из- меняет постоянную сос танляющую .з акона фазовой модуляции опорного сигнала Sор до исчезания этих составляющих в сигнале $ на выходе перемножителя 7, которые вызывали сигнал

S . Такое положение соответствует точной синфазировке синхронного преобразователяя, Если селективный блок 8 настроен на нечетные гармоники (2k-1) Р фазовой модуляции с частотой 9, как это имеет место у синхронного преобразователя по первому варианту выполнения, сигналом ошибки с выхода перемножителя 7 может быть не только постоянная составляющая, которую используют в первом варианте выполнения, но также и все четные гармоники с частотами 2 <2или группа из них, или же только одна из них, например, вторая гармоника.

Фазочувствительный выпрямитель 12 выделяет необходимые спектральные компоненты с частотами 21с<2и выпрямляет их под синхронизацией сигнала

Sс с второго выхода генератора 10, частота которого четно-кратна частоте модуляции Q . С выхода фазочувствительного выпрямителя 12 получается постоянный сигнал рассогласования Б, необходимая полярность которого обеспечивается фазочувствительным выпрямлением под управлением синхронизирующего сигнала Б . Остальные узлы греобразователя работают точно так же, как по первому варианту выполнения (см. фиг.1), в котором используется постоянный сигнал ошиб- ки.

Поскольку сигнал ошибки является не постоянным, а переменным сигналом, исключается остаточная ошибка от сдвига нуля I .fo< по формуле (Ц .

Допустим, что селективный блок

8 настроен на четные гармоники 21с Д фазоной модуляции с частотой Q . В этом случае сигналом ошибки могут быть все нечетные гармоники с частотами (Zk — 1) Ч2 по формуле (11) или группа из них, или же только одна из них, например, первая гармоника с частотой Q.

Фазочувствительный выпрямитель 12 выделяет необходимые спектральные компоненты с частотами (2k — 1) Q и выпрямляет их под управлением синхронизирующего сигнала Бс, частота которого нечетно-кратна частоте Q.

Для того, чтобы сигнал ошибки по формуле (11) равнялся нулю, требуется, чтобы сомножитель sin (g — 0)

О. Следовательно, необходимо выполнить условие Ч = 4, т.е, дополнительно вносимый фазовый сдвиг Ц должен компенсировать ошибку синфазировки (. Пет необходимости вносить поо стоянный фазовый сдвиг 90, как это необходимо в том случае, когда сигналом ошибки является постоянный компонент или компоненты с частотами

2!сp. Поэтому отпадает часть статической остаточной ошибки ДCg кото- рая обусловлена ошибкой поворота фазы Д(по формуле (12), A()

Ч (1б)

1 + КТК12

Это позволяет использовать синхронный преобразователь с более низкой глубиной отрицательной обратной связи, которая определяется коэффициентами передачи К и К,, что позволяет получить более хорошие динамические свойства системы авто1

89371 матической синфазировки. В результате уменьшается динамическая часть

Д СР остаточной ошибки АС по фор3 муле (13).

Предложенные варианты синхронного преобразователя позволяют при минимальной сложности повысить точность

1Q измерения амплитуды входного сигнала путем автоматической синфаэировки работы устройства.

При использовании фильтра низких

15 частот достижимая точность ограничивается сдвигом нуля перемножителя.

Использование фазочувствительного выпрямителя по второму варианту уменьшает погрешность от сдвига нуля. Это позволяет снизить статическую ошибку или уменьшить глубину отрицательной обратной связи, что позволяет достичь высокой динамической точности автоматической синфаэировки.