Преобразователь разности фаз в напряжение

 

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной технике Цель расширение области применения, повышение быстродействия и снижения динамической погрешности Преобразователь разности фаз в напряжение содержит усилители ограничители 1 и 2, двухканальные формирователи 3 и 4 импульсов, интегратор 5 формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8 релаксатор 9, преобразователь 10 скважность напряжение двухканальный формироватепь 11 импульсов и элемент 12 развязки Цель достигается за счет регистрации границ 360°-циклов, повышений быстродействия преобразователь скважность-напряжение и развязывающих конденсаторов на входах элементов развязки 1 з п.ф-лы 4 ил

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧГСh.ÈÕ

РЕСПУБЛИК

<. »s G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ1ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВК,ЦЕТЕЛЬСТВУ (61) 1337811 (21) 4762857/2 1 (22) 04.07.89 (46) 15.10.91, Бюл, + 38 (71) Красноярский городской центр научнотехнического творчества молодежи "Спец" (72) А,М.Фиштейн (53) 623.317,772 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1337811,,кл,,G 01 R25/00,,1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОС1И ФАЗ

В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение может быть исполь овано в радиоизмерительной технике. Цель - расИзобретение относится к радиоизмерительной технике и в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем — в системах автоматической обработки информации.

Цель изобретения — расширение области применения, повышение быстродействия преобразователя и снижение его динамической погрешности.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 — диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на фиг,4 — пример выполнения двухканального формирователя импульсов, элемента развязки и их соединений с преобразователем скважность — напряжение.

Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3, 4, 5 импульсов, интегратор 6, триггеры 7 и 8, „„SU „„1684715 А2 ширение области применения, повышение быстродействия и снижения динами"еской погрешности, Преобразователь разности фаз в напряжение содержит усилители-ограничи гели 1 и 2, двухканальные формирователи 3 и 4 импульсов, интегратор 5, формирователь б импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователь 10 скважность — напряжение, двухканальный формирователь 11 импульсог; и элемент 12 развязки.

Цель достигается за счет регистрации границ

360 -циклов, повышения быстродействия преобразователь скважность-напряжение и развязывающих конденсаторов на входах элементов развязки. i з.п.ф-лы. 4 ил. релаксатор 9, преобразователь 10 скважность-напряжение, двухканальный формирователь 11 импульсов, элемент 12 развязки.

Входами преобразователя являются входы усилителей-ограничителей 1 и 2, соединенных выходами соответственно со входами первого формирователя 3 импульсов, второго формирователя 4 импульсов и третьего формирователя 5 импульсов, последний выходом через последовательно соединенные интегратор б и релаксатор 9 соединен со вторым входом первого формирователя 3 и третьим входом преобразователя 10 скважность — напряжение, первый формирователь 3 первым выходол1 соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом — с первым входом триггера 8, второй формирователь 4 импульсов первым выходом соединен со вторым входом триггера

7, а вторым выходом — со вторым входол1

1684 7 I 5 при11ера 8, выходы триггеров соединены с первым и вторым входами преобразон31еля

10 скнажность-напряжение, перныи выход которого является выходом устройства, 3 второй выход соединен со входо1л днухка113льнoго форI4lnpoâàòåëÿ 11 импульсов, нl=lходы KoTopolо, являющиеся вторым и третьим выходами устройства, соединены также через элемент 12 развязки с дополнительными входами преобраэонагеля 10 скважность-напряжение, Интегратор преобразователя 10 сква KHocTb-напряжение состоит из последовательно соединенных

/ интегратора I-IO эле1лентах 13-15 (R1, Rl, С1). ингегратора Ila элеменгах 16-17 (Й2, С2) и интегратора на эле1лен ах 18. 19 (Ra С;1)

Двух ка1 1 ал L <1ы б1 форми ров-1 Гол ь 1 1 пульсон содер;киг дифференц11ру1ощу"1о цепь 20, ных1д ко1орой через диоды 21, 22 соединен со входя1.1и одновибраторов 23 и

24.

Злеме11т 12 развязки содержит дна э1ена 25 и 26 развязки, Ila входе каждо о иэ ко1орых включены разделительные toIIäåIIсаторы 27, 28.

Выходы звеньев 25, 26 развязки соединены соответственно с точками соединение резистора 16 и конденсатора 17 и резистора

18 ll конденсатора 19. Вход дифференцирующей цепи 20 соединен с точкой соединения резистора 14 и конденсатора 15.

Преобразователь работает следующим образо1л.

Входные сип1алы U1 u Uz усиливаются и ограничинаю1ся (фиг. 2 а, б) усилителямиограничителями 1 и 2. Выходное IlailpA:KI .

1ие усилителя-огр31в1чителя 1 (фиг. 2 н), Фрон1ы которого соответствуют переходам через нуль входного си1нала UI (фиг, 2 а), поступает на вход двухканального кол1л1утируемого формирователя 3 ил1пульсон, выходные IIMIlgllbcbl которого (фи1. 2 д, е) соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя 1. При из1лерении разностей фаз, удаленных от 0 «360", импульсы, показанные на фиг. 2 д,поступают на шину "а", а импульсы, показанные на фиг. 2 е, — на шину "б", Выходное напряжение усилителя-ограничителя 2 (фиг. 2 г) поступает На вход двухканального формирователя 4 импульсов. Выходные 11л пульсы этого формирователя (фиг. 2ж, 3) соответствуют переходам через нуль си1нала

Uz (фиг. 2 б), импульсы, показанные на фи .

2 ж, э — на шину "в, "г". Триггеры 7 и 8, 113 которые посгупэют импульсы по шинам "а" и "в", "б" и "г" соответственно, формируют импульсы, длительность ко1орых ранна временному интервалу ме.кду г ереходами рез нуль в одном направлении с11 напп il

ЗС

ЗГ, 40

55 и U2 длительностью Л 11 == lz - t1, Л т2 =- м — тз (фиг, 2 и, к). Выходн1,1е сигналы с триггеров 7, 8 поступа1от на входы преобразователя 10 скнажность-напряжение, который вырабатывает на11ряже11ие, пропорцио«anbiIoe (Л тl 1 Л tz)/2 Т, т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов указанных тг1ип еров (Г - период сигналон U1, 02).

С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сип1алы (фиг. 2 н, r) поступают также на входы формирователя 5 импульсов, реалиэу1ощего операцию" I ET-И" (возможный вариант выполнения этой операции: один из сигналов, показанных на фиг. 2 в, г, инвертируется и вместе с дру1им сигналом поступает на схему И). На выходе фор1лиронателя

5 импульсов вырабатывается последовательность импульсов, длительность которых равна нрел1енному интервалу, в течение которого положительное напряжение сигнала

U1 сонг13длет с отрицательныл1 напряжением 02, либо положи1ельное напряжение U2 — с отрицательным н311ряжением UI.

Импульсные последовательности с выхода формирователя 5 импульсов(длительность импульсон н этих последовательностях равна

Л;1 и 111 Л lz) пос1, паю1 на вход интегратора

6. Усил11гели-огр31 1чители 1 и 2, формирователь 5 Inrnllynbcoa I интегратор 6 образуют фаэольетрический преобразователь разность фаэ-напряжение, реализующий принцип работы фаэо летров с перекрытием.

Зависимость выходного напряжения интегратора 6 от разности фаз между Ul и U2

lloKaaэ113 на фиг. 3;1.

По уровням 0 и U срабатывает релаксатор 9, вход которого соединен с выходом интегратора 6, Выходное напряжение релаксатора 9, зависимость которого от разности фаз между UI и U;: показана на фиг. 3 б, поступает на управляющий вход коммутируемого двухканального формирователя 3 импульсов и преобразователя 10 скважность-напряжение. При напряжениях на входе релаксатора 9. меньших U, на его выходе устанавливается высокий логический уровень напряжения, а при напряжениях, больших U, релаксатор 9 возвращается в состояние с низким логическим уровнем выходного напряжения. Если сигналы зашумлены, то изломы на фиг. За отсутствуют — зависимость выходного напряжения интегратора 6 от разности фаэ между 01 и Uz показана пунктиром, Это "мертвые зоны" преобразователя с перекрытием. Поскольку релаксатор 9 переключается напряжениями, удаленными от "мертвых эон", существоваi 684715 ние последних не сказывавгся на работе устройс1 ва, При разностях фаз между U< L< U2 вблизи

О и 360 (интервал <р2 — рз на фиг. 3) выходное напряжение peitatказвина.! на 10 фиг, 2 е, — на шину "а". Это может быть реализовано, г<апример, перекрестной ком<.<утацией сфармирава<в<ых па нуль-переходам импульсов с памощыа дву: позиционного 110реключателя, либо формираваниел< импуль- 15 сов при верхнем логическом уровне напряжения на выходе рела|<са тора из t<;!iipaжения, противаф33110! 0 ll0>:aaat < I! t)rnv а ф<|г.

2 в.

При ЭтОм на вь|лодс>х ! !1! I е!)Ов / ", 8 20 длительности имг<ульсав раь><ы l;, 33 и е1

6, Во время действия на управля|0."!е! вха де двухканального коммугируал<аго фарми рователя 3 ил<пульсов верхнего логи<(3>:кого> уровня выходного напряжetlti t 13е |акссп ара 25

9 импульсы с триггеров 7 l18 пол, >а>ог ilpLIращения по длительности, саа<ветству|ащие заштрихованны>л учас;кал< ><а фи!. 2 и. к. Сумма этих участков падлигелы осtè рав>ia периоду сигнала, а < как выходное нап1)Г)л<е- 30 ние преобразователя 10 сквлж>.0!:Гь —;|лпрчжение пропорциональна а||<а |!.н,|ю полусуммы длитель остей импульсов |<а Bli ходе триггеров 7 и 8 к периоду си|;|лл,i та вносимый npin t)hlcororn лаг<<чагко><а 35>

ВЫХОдt<О ГО I 1 a ÃI ряж H Ия p(Л а r| 3 Гг 0 1 0 ii <За вый сдвиг равен 180

Выходное !<апряжение с рела| t.a<àða 9 (фиг. Зб) поступает1ак же ><а 3-и вхс д преобразователя 10 скваж|<асть-на||ряже||ие и 40 суммируется е нел< )аким образо.i. что при высоком логическом уровне этого напряжения выходное напряжение преобразователя 10 скважность-напряжеtttn>3 изма!|лется на 180, т.е. ком!«- нсируе)сч дапол||италь- 45 ный фазовый сдвиг 180, В результате зави симость напрл:кения на ||арг<ам выходе преобразователя 10 от разнос lii фаз <р имеет вид, пакаэанныи ><а фиг. 3 I<. Гали бы компенсирующее на<)ряжен! е с выхода ре- 50 лаксатора 9 не пад|3>>алас! ><а г|ход преобразователя 10 скважность-напря,кение, выходное напряжение устройства имело бы виД, показанный Hr фиГ. ЗГ.

Импульсы с р;.лаксатора 9 при обрат- 55 нам направлении из<<енения раз|<асти фаз показаны на фиг.. д л |<а|;рлжеllL10 li;3 первом выходе праабразг,||лтеля 10 — на фиг. 3 е, С

3 1i, н, обьясн <е<ся гестерез <сол< рел )i C;:. <— ра 9, Еак rlnäíî èý фиг. 3 б, в и 3 д, е, r!1 1 одном нап1)а<>злении измен -.Hl<зма><ен <я выходного сигнала на фиг, 3 в — соответст>:у>от отрицателы<ые фрон<ы напрлжс<><ия . в>лхада релаксатора (фиг. 3 б), à ripL обр!Tlto!1 направлении изменен>|я разно ти |, 3 (ф<1!

3 -;) — n0lloжигелы<ь|е фронт>, (фиг. 3 д) С),0довательно, импульсы с ралаксатора 9 <10!«но использовать для отсчета пройденных

300 -ци!.лов лишь при известном L1 i е изменяющемся в про|,есса измере><ия напрэвлен< 1 изменения разности фаз. Перепады

><апряжения на фиг. Зв, е име|от конечную длительность. чта I!L)t

Для устра<<ения указан||ых недоc(aгкав одна из и>па! р<<ру><>с<)><х це )оче«. из эла 10>! тав 14-15 в преобразователе 10 гкваж||сстьнапряжение ьч|палнлется с ума|<ьше! ||Ой пос<аян|<ой времени (первая, если а:;! it<0 дит в состав фильгр;.3 этого прааб13азава)а ля). Ut,txolinoe напряжение этой цепочки может содержать зал<етную cocTatt tn,!0>3.и используется для onpegter ения л<оме|та перепада выходного напрлженил праабразава)еля 10 (Г.е. гран<<цы 360 -цикла) II его э>>>)><а, т.е. по в! !Cму н,)пр>>ж ..

tat coв в.|рабать|вает два последователь>|ас |1 >;..<в

|>ульсов, соответствующих <Зара |а ;=3л< напрчжания на Фиг. Зв и (е!1 Ilo> 03attv LI Зз, cooTBI! cTBet,|3 реверс;|в

IIoco счетчика.

Эт<<же импульсы через элемент 12 раз вязки поступают на преобразаял|.ль 10 скваж> огть-напряжение, где осу! |ест>)глю( форсираГ)аннь!и псрезарчд O.t,tñttcal opot) филы ра. При фиксированной дл>11<3,>ь><с>гт>1 ил<пу>>>,coe, показа>|! ых н» фиг. » it Зз, и заy)alit0 i;t)р|:|>аду напрях:et!<<ÿ на фиг.3B, 0. Время п.реэаряда равна длительности ил<пульгпл |а фиг.

3+;. 3 и мажет быть умен,i<1 3>аэ Iiu выходному напряжени|о <>р!.Обрг<залаталл делаются с ог;реда lctitih!rn",><)аГ>в,t",ñ ;i. а l|<3 <Г1t. t|t II! !Гь

,|I ИТЕЛ Ь HОСТЬ Г|а PI:, |1F>,!|Г| Н I! ГI Р | Ч ".. |1Ч >IF! фиг. Зв, е да Г|елич.|н>l э)а! Ittt):., !:|ла.

Г!Li фиГ, < Пахаэ |! r0|! Г|" 1 i! t . !! ..а||Т

В| |Пал>|Ения фа|.л,,F> st

1684 г15

Вх

Вх

Юаг/ элемента развязки 12. Напряжение с выхода интегрирующей (элементы 13, 14, 15) цепочки с пониженной по сравнению с двумя другими (на элементах 16, 17 и 18, 19) постоянной времени поступает на дифферанци- 5 рующую цепь 20. В зависимости от направления изменения разности фаз дифференцирующая цепь 20 выдает импульсы положительной или отрицательной полярности. Эти импульсы через диоды 21 и 22 l0 запуска поступают на одновибраторы 23 и

24, выполненные соответственно на транзисторах типа и-р-и и р-и-р. В зависимости от направления изменения разности фаз и, соответственно, полярности импульсов запу- 15 ска срабатывает только од 1н из одновибрагоров 23 и 24. Импульсы с одновибраторов 23 и 24 через звенья 25 и 26 развязки поступают на перезаряд конденсаторов 17, 19 интег раторов преобразовате- 20 ля 10 скважность-напряжение, Звенья 25, 26 развязки на р-п-р и и-р-и-транзисторах соответственно содержа1 по два параллельно включенных каскада по схеме с общей базой — по числу конденсаторов, подлежа- 25 щих перезарядке.

Преобразователь разности фаз в напряжение позволяег расширить область применения за счет регистрации границ

360о-циклов, повысить его быстродействие эа счет повышения быстродействия преобразователя скважность-напряжение, а также уменьшить динамическую погрешность преобразователя за счет введения разделительных конденсаторов перед элементами развязки.

Формула изобретения

1. Преобразователь разности фаз в напряжение по авт. св. N 1337811, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения быстродействия, он снабжен двухканальным формирователем импульсов и элементом развязки, причем вход двухканального формирователя импульсов соединен с дополнительным выходом преобразователя скважность-напряжение, а выходы, являющиеся вторым и третьим выходами преобразователя, соединены также со входами элемент- развязки, выходы которого соединены с дополнительными входами преобразователя скважность-напряжение, 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, элемент развязки содержит два развязывающих звена, вход или выход каждого из которых соединен с разделительным конденсатором.

1684715

1684715

1 Я4 715

+ad1

Составитель М.Катанова

Редактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Заказ 3504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101