Калибратор фазы

 

ОПИСАНИŠ†ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<1>960660 л ф4

th)) + }(g з

С 01 R 25/04 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 04.11.80 (21) 3001171/18-21 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.09. 82.Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 23 . 09 . 82 (53) УДК 621. 317. . 77 (088. 8) Иуфтахов и В.N. Сапельни ов, " .7 а

"> ,rð,, - :.:л„, -" : государственный университет им. 4Ъл тия

Октября (72) Авторы изобретения

A.M (71) Заявитель

Башкирский (54) КАЛИБРАТОР ФАЗЫ

Изобретение относится к измери-! тельной технике и может быть использовано для точного задания фазового сдвига при испытаниях, регулировке и поверке фазоизмерительной и фазоэадающей аппаратуры звукового диапазона частот.

Известно устройство, позволяющее осуществлять дискретное регулирование фазы большим числом разрядов.

Принцип действия этого устройства заключается в весовом суммировании импульсов одной час =оты и разной скважности. В результате на выходе канала опорной фазы формируется сигнал прямоугольной формы а на выходе канала переменной фазы— сигнал ступенчато-пирамидальной формы. На выходе каждого канала содержится выходной фильтр, выделяющий синусоидальный сигнал иэ сигналов- указанной формы (1 ).

Так как напряжения на выходе каналов содержат все четные и нечетные гармоники, для выделения синусоидального напряжения с низким коэффициентом гармоник необходимо применять сложные фильтры с большой крутизной фазочастотной харак- теристики.

Разность фазочастотных характеристик выходных фильтров в полосе частот определяет величину дополнительной фазовой погрешности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является калибратор фазы инфразвуковых частот, который содержит задатчик кода, фильтры нижних частот на выходе каналов переменной и опорной фазы, источник опорных нагряжений, гене15 ратор тактовых импульсов.

Форма напряжений на выходе каждого канала ступенчато-синусоидальная, т.е . в этом устройстве применена линейно-ступенчатая аппроксимация синусоидальной функции. При числе ступенек за период формируемого синусоидального напряжения, равном

360, первый иэ высших гармоник будет гармоника порядка 359. Такой . состав гармоник значительно облегчает условия фильтрации высших гармоник, а выходные фильтры рабо тают на пологом участке фаэочастотной характеристики. Разность фаэочастотных характеристик фильтров

960660 остается практически постоянной в рабочей полосе частот и легко может быть устранена подстройкой одного иэ фильтров f2) .

Недостаткам известного калибратора фазы является необходимость уве- 5 личения коэффициента пересчета счетчиков при увеличении числа разрядов. Дискретность регулирования фазы равна 1о . Для уменьшения этой величины до 0,1О потребовалось бы 1О увеличить число возможных состояний до 3600, а частоту генератора тактовых импульсов - в 10 раэ. Верхняя граничная частота при этом ограничивается быстродействием элементов поэтому увеличение числа разрядов приводит к сужению частотного диапазона.

Недостатком данного калибратора фазы является также применение выходных аттенюаторов для регулирования амплитуды выходных напряжений. При этом накладываются жесткие требования к величине сопротивления и емкости нагрузки, которые должны быть одинаковы для каждого канала, в противном случае, возникает дополнительная фазовая погрешность °

Целью изобретения является уменьшение величины дискрета задания фазового сдвига без сужения частотного диапазона и повышение точности регулирования фазового сдвига.

Указанная цель достигается тем, что в калибратор фазы, содержащий 35 фильтры нижних частот, задатчик кода, источник опорных напряжений, генератор тактоных импульсов, выход которого соединен со входами двух идентичных каналов переменной и опор-4О ной фазы, каждый из которых содержит цифра-аналоговый преобразователь, счетчик, вход которого является вх9дом канала, причем выходы счетчика соединены с управляющими входами цифра-аналогового преобразователя, а выход цифра-аналогового преобразователя канала опорной фазы соединен с входом фильтра нижних частот, а питающие входы подключены к выходам источника опорных напряжений, введены дополнительный канал переменной фазы, имеющий общий с основным каналом переменной фазы счетчик, три кодопреобраэователя — по одному в каждом канале, между выходами счетчика и управляющими выходами цифра-аналогового преобразователя, три дискретно-управляемых сумматора, управляющие входы которых соединены с первыми выхо- 60 дами эадатчика кода, узел передачи кода, управляющий и информационные входи которого соединены соответственно с выходом однонибратора и со вторыми выходами задатчика кода, а вы- 5 ходы подключены к установочным входам счетчика каналов переменной фа- эы, а также дополнительный источник опорных напряжений, подключенный к питающим входам цифра-аналоговых преобразователей каналов переменной фазы, причем выход основного канала переменной фазы соединен с первыми, а выход дополнительного канала— с нторыми входами двух сумматоров, выходы которых подключены к входам третьего сумматора, а выход послед- . него соединен с входом второго фильтра нижних частот, а вход одновибратора соединен с соответствующим выходом кодопреобраэователя канала опорной фазы и входом установки в "О" счетчика опорной фазы, причем управляющие входы источников опорных напряжений подключены к дополнительным выходам задатчика кода.

На чертеже приведена блок-схема калибратора фазы.

Калибратор фазы содержит генератор. 1 тактовых импульсов, выход которого соединен с входами счетчиков 2 и 3. Входы кодопреобраэователя 4 соединены с выходами счетчика 2, а выходы соединены с управляющими входами цифра-аналогового преобразователя 5, к выходу которого подключен вход фильтра 6 нижних частот. Счетчик 2 кодопреобразователь 4 и цифра-аналоговый преобразователь 5 образуют канал 7 опорной фазы. Основной канал 8 переменной фазы содержит счетчик 3, кодопреобразователь 9 и цифра-аналоговый преобразователь

10. Дополнительный .канал 11 переменной фазы содержит счетчик 3, ко+: допреобразователь 12 и цифра-аналоговый преобразователь 13. Выходы счетчика 3 соединены с входами кодопреобразователей 9 и 12, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно цифра-аналоговых преобразователей 10 и 13. Источник 14 опорных напряжений подключен к питающим входам цифра-аналогового преобразователя 5, а питающие входы цифра-аналоговых преобразователей 10 и 13 подключены к выходам источника

15 опорных напряжений . Установочные входы счетчика 3 соединены с выходами узла 16 передачи кода, управляющий ,нход которого соединен с выходом ,одновибратора 17, а информационные

1входы подключены к вторым выходам задатчика 18 кода. Первые выходы задатчика 18 кода соединены соответственно с управляющими входами дискретно-управляемых:сумматоров 19.—

21. Выходы цифра-аналоговых преобразователей 10 и 13 соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров 19 и 20, а выходы последних подключены к входам сумма960660

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов поступают на вход каналов 7, 8 и 11 опорной .и переменной фаэ. Параллельный код с выходов счетчиков 2 и 3 поступает на входы соответствующих.кодопреобразователей

4, 9 и 12, на выходе которых формируется параллельный код, поступающий на управляющие входы цифро-аналоговых преобразователей 5, 10 и 13.

На питающие входы последних подаются биполярные опорные напряжения.

В результате на выходе каждого канала формируется ступенчато-синусоидальное напряжение, амплитуда которого определяется амплитудой питающих циф- 40 ро-аналоговый преобразователь опорных напряжений. Ширина ступеньки определяется периодом повторения тактовых импульсов, а число ступенек за период формируемого напряжения равно 4р удвоенному коэффициенту пересчета счетчиков 2 и 3. Кодопреобразователи

9 и 12 подключены к выходам счетчика 3 таким образом, что кодовые комбинации на их выходах отстают 50 одно от другого на один такт. Это означает, что при коэффициенте пересчета счетчиков, равном 18, сдвиг фазы между напряжениями на выходе канала 8 и канала 11 постоянно равен

10 . Сдвиг фазы этих напряжений относительно опорного напряжения на выходе канала 7 определяется кодом старших разрядов, поступающих на информационные входы узла 16 передачи кода с соответствующих выходов задатчика 18 кода. В момент времени, соответствующий моменту перехода опорного напряжения от отрицательного к положительному значению, на вход одновибратора 17 с выхода кодопре- И тора 21, выход которого соединен с входом фильтра 22 нижних частот.

Кроме того, установочные входы счетчика 2 объединены и подключены к выходу одновибратора 17, а управляющие входы источника 14 и 15 опорных напряжений соединены с дополнительными выходами задатчика кода.

Выходами калибратора фазы являются выходы фильтров 6 и 22 нижних частот.

Принцип действия калибратора фазы заключается в формировании трех квазисинусоидальных напряжений, одно из которых является опорным, а фаза двух других изменяется дискретно таким образом, что разность фаз между ними остается постоянной. Эти два напряжения суммируются с весовыми коэффициентами, зависящими от младших разрядов фазового сдвига. В результате формируется напряжение с переменной фазой ° образователя 4 поступает положительный перепад напряжения и на выходе одновибратора появляется короткий импульс, разрешающий запись кода старших разрядов фазового сдвига в счетчик 3. П m использовании счетчиков Джонсона возможны сбои, поэтому одновременно с записью кода в счетчик 3 импульс с выхода одновибратора устанавливает в "О" .счет1О чик 2.

Напряжения с выходов цифро-аналоговых преобразователей 10 и 13 используются для формирования напряжения с переменной фазой, причем

15 дискретность изменения фазы определяется .дискретностью изменения ве- . совых коэффициентов суммирования ° Весовые коэффициенты, с которыми суммируются названные напряжения в сум2О,ìàòîðå 19, изменяются по закону

Ь, 3I (180-i)

180 .. 180

d1.. У Р1

I ° и

18

Sil1 — .

18

25 где i = О, 1,..., 9 °

Для сумматора 20 аналогичные зависимости имеют вид д „..„) Tl(9-i) — 80

30 „ iBD

d — я

Jl Вin—

sin— 18

Фазы первых гармоник напряжений на выходах сумматоров 19 и 20 отличаются на 1О . Эти напряжения суммируются с весовыми коэффициентами с1 и в в сумматоре 21, причем

d Ú" М i d=1

Величина k изменяется линейно от

0 до 1 с заданной дискретностью.

Сдвиг фазы напряжения на выходе сумматора 21 относительно опорного напряжения определяется выражением

Ч (,10 rnid j+ k), 180

Здесь величина п> определяется кодом, записанным в счетчик 3, i u k зависят от величины кода, поступающего на управляющие входы сумматоров

19-21,.

Амплитуда выходных напряжений определяется величиной опорных напряжений. Для регулировки амплитуды источники опорных напряжений могут быть выполнены управляемыми от задатчика кода. Это дает воэможность исключить выходные аттенюаторы

Фазовая погрешность калибратора фазы в основном определяется быстродействием счетчиков и кодопреобразователей.

Использование предлагаемого калибратора фазы, по сравнению с иэ960660 вестными устройствами, обеспечивает воэможность регулирования фазового .сдвига с любым заданным числом разрядов без сужения частотного диана" зона, а также воэможность регулирования амплитуды выходных напряжений беэ дополнительной фаэовой погрешности за счет исключения выходных аттенюаторов.

Формула изобретения

1 . Калибратор фазы, содержащий филь тры нижних частот, задатчик кода, источник опорных напряжений, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами двух идентичных каналов переменной и опорной фазы, каждый из которых содержит цифроаналоговый преобразователь, счетчик, вход которого является входом кана- >0 ла, причем выходы счетчика соединены с управляющими входами цифро-ана-. логового преобразователя, а выход цифро-аналогового преобразователя канала опорной фазы соединен с входом 25 фильтра. нижних частот, а питающие входы подключены к выходам источни ка опорных напряжений, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью уменьшения величины дискрета зада- 30 нйя фазового сдвига беэ сужения частотного диапазона и повышения точности регулирования фазового сдвига„ в него введены дополнительный канал переменной фазы, имеющий общий 35 с основным каналом переменной фазы счетчик, три кодопреобраэователя— по одному в каждом канале, между вы ходами счетчика и управляющими входами цифро-аналогового преобразователя, три дискретно-управляемых сумматора, управляющие входы которых соединены с первыми выходами задатчика кода, узел передачи кода, управляющий и информационные входы которого соединены соответственно с выходом одновибратора и с вторыми выходами эадатчика кода а выходы подключены к установочным входам счетчика каналов переменной фазы, а также дополнительный источник опорных напряжений, подключенный к питающим входам цифро-аналоговых преобразователей каналов переменной фазы, причем выход основного канала переменной фазы соединен с первыми, а выход дополнительного канала — с вторыми входами двух сумматоров, выходы которых подключены к входам третьего сумматора, а выход последнего соединен с входом второго фильтра нижних частот, а вход одновибратора соединен с соответствующим выходом кодопреобразователя канала опорной фазы и входом установки в

"0" счетчика канала опорной фазы.

2. Калибратор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что управляющие входы источников опорных напряжений подключены к дополнительным выходам задатчика кода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 229058, кл. 6 06 J, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 570852, кл. G 01 и 25/04, 1977.

960660

1

I

I

Составитель В. Афанасьев

Редактор Н. Пушненкова Техред. N,Êîøòóðà

Корректор IO. Макаренко

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, .4

Заказ 7255/51 Тираж. 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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