Кодоуправляемый фазовращатель

 

Использование: фазоизмерительная техника, кодовое управление фазой синусоидального сигнала. Сущность изобретения: устройство содержит два сумматора, интегратор, ЦАП, конденсатор, операционный усилитель, инвертор, коммутатор, дешифратор фазового сдвига, преобразователь код - код. 1 ил.

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и предназначено для кодового управления фазой синусоидального сигнала. Устройство может быть использовано в качестве преобразователя код-фазовый сдвиг в системах автоматики.

Известен широкодиапазонный кодоуправляемый фазовращатель, содержащий фазосдвигающий элемент, два инвертора, коммутатор, блок управления, фильтр нижних частот, фазовый детектор, два преобразователя, сумматор и дешифратор квадранта, причем вход устройства соединен с первым входом коммутатора непосредственно, с вторым входом - через первый инвертор, с третьим входом - через фазосдвигающий элемент, выход которого через второй инвертор подсоединен к четвертому входу коммутатора, вход управления фазосдвигающего элемента через последовательно соединенные блок управления и фильтр нижних частот соединен с выходом фазового детектора, входы которого подсоединены к выходам коммутатора, вход управления коммутатора через дешифратор квадранта подсоединен к шине кодового управления фазовым сдвигом, выходы коммутатора, кроме того, через цифроаналоговые преобразователи соединены с входами сумматора, выход которого является выходом устройства, а входы управления цифроаналоговых преобразователей через преобразователи код-код соединены также с шиной кодового управления фазовым сдвигом. В таком фазовращателе используется принцип векторного суммирования напряжений, а управление фазовым сдвигом производится с помощью цифрового кода [1].

Недостатком этого фазовращателя является сложность аппаратурной реализации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство с цифровым управлением сдвигом фаз между входным и выходным напряжениями, содержащее два сумматора и интегратор, во времязадающую цепь которого включен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем вход устройства соединен с одним из входов первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора и с одним из входов второго сумматора, выход первого сумматора соединен с вторым входом второго сумматора и одновременно с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, входящего в интегратор, цифровые входы цифроаналогового преобразователя соединены с шиной кодового управления фазовым сдвигом, а выходом устройства является выход второго сумматора. В этом устройстве используется принцип суммирования квадратурных напряжений, которые определяются кодом регулируемого фазового сдвига, поступающим на цифроаналоговый преобразователь [2].

Недостатком такого фазовращателя является ограниченный диапазон регулирования фазового сдвига (180^о) вследствие того, что суммируемые квадратурные напряжения, формируемые устройством, обеспечивают изменение фазового сдвига в третьем и четвертом квадрантах (180-360^о) Целью изобретения является расширение диапазона регулирования фазового сдвига между входным и выходным напряжениями.

Цель достигается тем, что в кодоуправляемый фазовращатель, содержащий два сумматора и интегратор, во времязадающую цепь которого включен цифроаналоговый преобразователь, причем вход фазовращателя соединен с одним из входов первого сумматора, выход которого соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя, входящего в интегратор, и с одним из входов второго сумматора, а выход интегратора соединен с вторыми входами обоих сумматоров, введены преобразователь код-код, инвертор, коммутатор и дешифратор фазового сдвига, цифровые входы которого подсоединены к шине кодового управления фазовым сдвигом, к которой подсоединены также входы преобразователя код-код, выходы которого подсоединены к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, а выход коммутатора является выходом фазовращателя.

Введение в фазовращатель преобразователя код-код, инвертора, коммутатора и дешифратора фазового сдвига с соответствующими связями обеспечивает расширение диапазона регулирования фазового сдвига между входным и выходным напряжениями до 360^о, так как обеспечивается формирование суммируемых квадратурных напряжений, изменяющихся во всех четырех квадрантах.

Отличительные признаки предлагаемого технического решения порознь известны в технике. Однако их взаимосвязи и связи с другим блоками придают устройству в целом новые свойства, а именно расширение диапазона регулирования фазового сдвига между входным и выходным напряжениями устройства. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена структурная схема кодоуправляемого фазовращателя.

Фазовращатель содержит первый сумматор 1, интегратор 2, цифроаналоговый преобразователь 3, конденсатор 4, операционный усилитель 5, второй сумматор 6, инвертор 7, коммутатор 8, дешифратор 9 фазового сдвига, преобразователь 10 код-код.

Один из входов первого сумматора 1 соединен с источником входного сигнала, второй вход первого сумматора - с выходом интегратора 2 и с одним из входов второго сумматора 6. Выход первого сумматора 1 соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя 3 и с вторым входом второго сумматора 6, выход второго сумматора 6 - с одним из входов коммутатора 8 и с входом инвертора 7. Выход инвертора 7 соединен с другим входом коммутатора 8. Вход управления коммутатора соединен с выходом дешифратора 9 фазового сдвига, цифровые входы которого соединены с шиной кодового управления фазовым сдвигом. Цифровые входы цифроаналогового преобразователя 3 соединены с выходами преобразователя 10 код-код, входы которого соединены с шиной кодового управления фазовым сдвигом. Выход коммутатора 8 является выходом всего устройства.

Для осуществления предлагаемого фазовращателя требуются известные технические средства. Так, сумматоры и инвертор могут быть выполнены на микросхемах 1430УД8А, операционный усилитель интегратора - на микросхеме 140УД14, цифроаналоговый преобразователь, входящий в состав интегратора, - на микросхеме 572ПА1, коммутатор - на микросхеме КР590КН8А, дешифратор фазового сдвига - на микросхемах К55СП1, преобразователь код-код - на микросхемах 565РТ4.

Фазовращатель работает следующим образом. Входное напряжение U_вх, фазу которого необходимо регулировать, поступает на первый вход первого сумматора 1, на второй вход которого подается напряжение U₂ с выхода интегратора 2, а выходное напряжение U₁ первого сумматора 1 через аналоговый вход цифроаналогового преобразователя 3 подается на интегратор 2, который изменяет амплитуду этого напряжения в зависимости от кода, поступающего на цифровые входы цифроаналогового преобразователя 3.

Выходное напряжение U₂ интегратора 2 определяется выражением U₂= - U₁ (1) где ω - круговая частота входного сигнала; U₁ - выходное напряжение первого сумматора; - эквивалентное сопротивление ЦАП 3; С - емкость 4 интегратора 2.

Выходное напряжение U₁ первого сумматора 1 равно U₁=U_вх+U₂ (2) Подставив выражение (1) в выражение (2) и произведя некоторые математические преобразования, получаем следующее выражение для U₁: U₁ = U_вх (3) Далее выразим зависимость выходного напряжения U₂ интегратора 2 через входное напряжение U_вх, для чего подставим в выражение (1) полученное выражение (3) U₁:
U₂= - U_вх (4)
Напряжения U₁ и U₂ поступают на второй сумматор 6, выходное напряжение U₃ которого определяется суммой этих напряжений:
U₃= - U_вх- U или
U₃= U_вх (5)
Из выражения (5) следует, что коэффициент передачи фазовращателя равен единице:
G = 1, (6) а сдвиг фазы определяется следующим равенством:
ϕ = -arctgc (7)
Из выражения (7) следует, что фазовый сдвиг зависит от эквивалентного сопротивления цифроаналогового преобразователя, которое, в свою очередь, определяется кодом, поступающим на его цифровые входы с преобразователя 10 код-код, подсоединенного к шине кодового регулирования фазового сдвига, а диапазон его 0-180^о.

В зависимости от кода фазового сдвига дешифратор фазового сдвига формирует сигналы управления коммутатором 8 таким образом, что при фазовых сдвигах от 0 до 180^о (первый и второй квадранты) на выход устройства поступает сигнал с выхода инвертора 7, а при фазовых сдвигах от 180 до 360^о (третий и четвертый квадранты) - с выхода второго сумматора 6.

Предлагаемый фазовращатель по сравнению с прототипом позволяет расширить диапазон регулирования фазового сдвига между входным и выходным напряжениями.

Следовательно, предлагаемый фазовращатель позволяет достигнуть положительного эффекта по сравнению с прототипом, который выражается в расширении в два раза диапазона регулирования фазового сдвига, а именно от 0 до 360^о.

Формула изобретения

КОДОУПРАВЛЯЕМЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ, содержащий два сумматора и интегратор, во времязадающую цепь которого включен цифроаналоговый преобразователь, причем вход фазовращателя соединен с одним из входов первого сумматора, выход которого соединен с аналоговым входом цифроаналогового преобразователя и одним из входов второго сумматора, а выход интегратора соединен с вторыми входами обоих сумматоров, отличающийся тем, что в него введены преобразователь код-код, инвертор, коммутатор и дешифратор фазового сдвига, причем выход второго сумматора соединен с одним из входов коммутатора непосредственно и через инвертор - с другим входом коммутатора, выход которого является выходом фазовращателя, а вход управления коммутатора соединен с дешифратором фазового сдвига, управляющие входы которого соединены с шиной кодового управления фазовым сдвигом, которая через преобразователь код-код соединена также с управляющими входами цифроаналогового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1