Фазочувствительный выпрямитель

 

Использование: в области электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот, для акустических, океанологических, геофизических и других исследований. Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность. Фазочувствительный выпрямитель содержит умножающее звено с источниками входного и опорного сигналов, n - 1 интегрирующих цепей, сумматор, ent /n/2/ инверторов, n - 1 масштабирующих звеньев. Фазочувствительный выпрямитель нечувствителен к заданной совокупности производных огибающей обрабатываемого сигнала, что достигается соответствующим выбором коэффициентов передачи масштабирующих звеньев. 1 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот, может использоваться при экспериментальном определении амплитудно-фазовых частотных характеристик четырехполюсников при акустических измерениях, исследованиях в области автоматического управления и регулирования, в геофизике, океанологии, биофизике и т. д. Непосредственное назначение устройства - аналоговое вычисление скалярного произведения векторов опорного и измеряемого сигналов.

Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности, возникающей из-за изменения амплитуды обрабатываемого сигнала во времени.

На чертеже представлена структурная схема выпрямителя.

Устройство содержит источники входного 1 и опорного 2 сигналов, умножающее звено 3 с входами 4, 5 и выходом 6, n фильтров нижних частот в виде интегрирующих цепей 7-1, . . . , 7-n, ent (n/2) инверторов 8-1, 8-m; n-1 масштабирующих звеньев 9-1, . . . , 9-n-1 и n-входовый сумматор 10 с входами 11-1, . . . , 11-n и выходом 12.

Выпрямитель работает следующим образом.

На входы 5 и 4 умножающего звена 3 поступают соответственно опорный U_o = = sing sinω t и обрабатываемый U = U_m (1 + k sinΩt)sin(ωt+ϕ) сигналы, где U_m - амплитуда обрабатываемого сигнала; ω - его частота; ϕ - сдвиг фаз между входным сигналом и первой гармоникой опорного сигнала; Ω - частота огибающей; k - коэффициент амплитудной модуляции.

Выходное напряжение Е умножающего звена с учетом лишь первой гармоники опорного сигнала E= UU_o= [cosϕ-cos(2ωt+ϕ)] (1+ksin Ωt) (1) Выходной сигнал U_вых^q q-й интегрирующей цепи с постоянной времени q, возбуждаемой сигналом Е по выражению (1), определяется дифференциальным уравнением τ_q(dU^q_вых/dt)+U^q_вых= E (2) В установившемся режиме при Ω<<ω и (2ωτ_q)²>>1, опуская высокочастотную составляющую, получаем U^q_вых= 1+ sin(Ωt-arctgΩτ_q)cosϕ (3)
Образуем линейную комбинацию U_Σ выходных напряжений U_вых^q n интегрирующих цепей 7-1, . . . , 7-n
U_Σ= U^q_вых= +
+k sin (Ωt-arctgΩτ_q), (4) где α_q - весовые коэффициенты и α₁ = 1.

Если величины α_i определены из системы уравнений
= = 0, (5) где γ_q= τ_q/τ₁, то напряжение U_Σ не зависит от 1,2, . . . , n-1 производных Е^(р) низкочастотной компоненты Е по формуле (1). В этом случае эффект фазочувствительного выпрямления определяется мгновенным значением указанной компоненты и ее производными с порядками p = n, n+1, . . .

Решения системы (5), при n = 2 и р = 1, α₁= 1, α₂= -1/γ₂. Если n = 3 и р = 1,2, то α₁= 1, α₂= -(1-γ₃)/γ₂(γ₂-γ₃), α₃= (1-γ₂)/γ₃(γ₂-γ₃) и т. д.

Весовые коэффициенты положительны при нечетных индексах q и отрицательны при четных q. Поэтому выходные сигналы соответствующих интегрирующих цепей инвертируются узлами 8-1, . . . , 8-m. В этом случае коэффициенты передачи масштабирующих звеньев положительны и равны | α_q| .

Например, при γ = 2 и γ ₃ = 4 α₂ = -0,75 и α₃ = 0,125. Динамическая погрешность предложенного выпрямителя в сравнении с аналогичной характеристикой прототипа, содержащего лишь одну интегрирующую цепь, уменьшается в 4,3 раза при Ωτ₁ = 0,2, в 13,7 раза при Ωτ₁ = 0,1 и в 51,2 раза при Ωτ₁ = 0,05.

Формула изобретения

ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ, содержащий умножающее звено, первый и второй входы которого подключены к выходам источников соответственно входного и опорного сигналов, и фильтр нижних частот в виде интегрирующей цепи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, введены n - 1 интегрирующих цепей, eut (n/2) инверторов, n - 1 масштабирующих звеньев и n-входовой сумматор, при этом входы n интегрирующих цепей объединены и подключены к выходу умножающего звена, выход первой интегрирующей цепи подключен непосредственно к первому входу n-входового сумматора, выходы четных интегрирующих цепей подключены к соответствующим входам n-входового сумматора через соответствующие последовательно соединенные инвертор и масштабирующее звено, а выходы последующих нечетных интегрирующих цепей через соответствующее масштабирующее звено к соответствующим входам n-входового сумматора, выход которого является выходом фазочувствительного выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1