CZ2010719A3

CZ2010719A3 - Phase shifting device

Info

Publication number: CZ2010719A3
Application number: CZ20100719A
Authority: CZ
Inventors: Foit@Julius
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2012-05-02
Also published as: CZ303147B6

Abstract

Posouvac fáze je tvorený diferencním zapojením fázovacího RC clánku ve spojení s operacním zesilovacem, prípadne s dvojicí zesilovacu se stejným ziskem, z nichž jeden je invertující a druhý neinvertující. Promenný reálný odpor fázovacího RC clánku je tvoren fotorezistorem (R1), který je výstupem optronu (OC), jehož vstup je tvoren zdrojem optického zárení pripojeným svým vstupem na ovládací proudový zdroj.The shifting phase is formed by the differential connection of the phasing RC cell in conjunction with the operational amplifier, possibly with a pair of amplifier with the same gain, one of which is inverting and the other non-inverting. The variable real resistance of the phasing RC cell is formed by a photoresistor (R1), which is an optocoupler (OC) output, the input of which is an optical radiation source connected by its input to the control current source.

Description

Posouvač fázePhase shifter

Oblast technikyTechnical field

Předkládané řešení se týká elektronicky ovládaného posouvače fáze, použitelného například pro korektory fáze.The present invention relates to an electronically controlled phase shifter useful, for example, for phase correctors.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Posouvačů fáze, někdy v odborných textech také nazývaných termínem allpass, existuje velký počet typů. Nejběžnější užívají diferenčního zapojení RC článku ve spojení s operačním zesilovačem, s prvním a druhým zpětnovazebním rezistorem R2 a R3 obr. 1, případně s dvojicí zesilovačů se stejným ziskem, jedním invertujícím a druhým neinvertujícím, obr. 2. Pro vyšší kmitočty, typicky cca nad 10 MHz, se často užívá článkových nebo spojitých vedení, to je obvodů s rozloženými parametry. Všechna tato dosavadní řešení mají společnou nevýhodu v tom, že jejich fázové charakteristiky se jen nesnadno dají ovládat elektricky z vnějšku, zejména má-li se jednat o spojitou regulaci ve velkém rozsahu. V obou výše zmíněných případech je fázový posuv výstupního napětí U22 proti vstupnímu napětí uii určen hodnotami součástek vazebního členu R-C podle vztahu:There are a large number of types of phase shifters, sometimes referred to as allpass in technical texts. The most common use is the differential connection of an RC cell in conjunction with an operational amplifier, the first and second feedback resistors R2 and R3 of Fig. 1, or a pair of amplifiers with the same gain, one inverting and the second non-inverting. 10 MHz, is often used cell or continuous lines, ie circuits with distributed parameters. All of these prior art solutions have the common disadvantage that their phase characteristics are difficult to control electrically from the outside, especially if they are to be continuous control over a wide range. In both cases, the phase shift of the output voltage U22 against the input voltage uii is determined by the values of the components of the coupler R-C according to the formula:

φ = -2 arctg (f/f₀), (1) kde f je kmitočet spektrální složky zpracovávaného signálu, pro kterou se fázový posuv počítá, fo = 1/(2kRC) je charakteristický kmitočet fázovacího článku.φ = -2 arctg (f / f ₀ ), (1) where f is the frequency of the spectral component of the processed signal for which the phase shift is calculated, fo = 1 / (2kRC) is the characteristic frequency of the phasing element.

Obvody podle obr. 1 a obr. 2 vytvářejí fázový posuv φ , při kterém výstupní napětí U22 předbíhá vstupní napětí uii. V případě, zeje požadován fázový posuv φ s opačným znaménkem, tedy fázové zpoždění, v obvodech podle obr. 1, resp. podle obr. 2 se vzájemné vymění polohy R a C, jinak zůstávají obvody beze změny.The circuits of FIGS. 1 and 2 produce a phase shift φ at which the output voltage U22 is ahead of the input voltage uii. If the phase shift φ with the opposite sign, ie the phase delay, is required in the circuits according to FIG. according to FIG. 2 the positions R and C are exchanged with each other, otherwise the circuits remain unchanged.

i « ·; ιi «·; ι

Změn tvaru, neboli polohy kritického kmitočtu fázové charakteristiky, se v obvodech podle obr. 1, resp. podle obr.'2 v praktické aplikaci dosahuje změnami hodnot buď R nebo C, případně obou zároveň. Vzhledem k tomu, že s ohledem na omezení vlivu šumu a jiných rušivých signálů mají zpracovávané signály zpravidla nezanedbatelnou amplitudu, není možné jako proměnných hodnot R, C užívat změn diferenciálních parametrů nelineárních součástek, například polovodičových, protože to by vedlo k nepřijatelnému nelineárnímu zkreslení zpracovávaného signálu. Užívá se proto diskrétních součástek buď spojitě proměnných mechanicky, a to proměnných kapacitorú nebo rezistorů, nebo měněných po krocích, tedy přepínaných. Tyto postupy jsou však nepoužitelné v případě, kdy se požaduje přímé spojité řízení změn fázového posuvu elektrickým signálem.The changes in the shape or position of the critical frequency of the phase characteristic in the circuits according to FIG. according to FIG. 2, in practical application it achieves by changing the values of either R or C or both simultaneously. Due to the fact that the processed signals usually have a considerable amplitude due to the limitation of noise and other interfering signals, it is not possible to use variations of non-linear components, such as semiconductor components, as variables R, C, as this would lead to unacceptable non-linear distortion . Discrete components are therefore used, either continuously variable mechanically, namely variable capacitors or resistors, or changed in steps, ie switched. However, these procedures are not applicable when direct continuous control of phase shift changes by an electrical signal is required.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nevýhody odstraňuje posouvač fáze podle předkládaného řešení, který je tvořen diferenčním zapojením fázovacího RC článku ve spojení s operačním zesilovačem, případně s dvojicí zesilovačů se stejným ziskem, z nichž jeden je invertující a druhý neinvertující. Podstatou nového řešení je, že proměnný reálný odpor fázovacího RC článku je tvořen fotorezistorem, který je výstupem optronu, jehož vstup je tvořen zdrojem optického záření připojeným svým vstupem na ovládací proudový zdroj.The above-mentioned disadvantages are overcome by the phase shifter according to the present invention, which is formed by differential connection of a phasing RC cell in connection with an operational amplifier or a pair of equal gain amplifiers, one of which is inverting and the other non-inverting. The essence of the new solution is that the variable real resistance of the phasing RC cell consists of a photoresistor, which is the output of an optocoupler whose input is formed by an optical radiation source connected by its input to the control current source.

V jednom možném provedení je zdroj optického záření s výhodou tvořen elektroluminiscenční diodou.In one possible embodiment, the optical radiation source is preferably an electroluminescent diode.

Doposud známé metody spojité změny kritického kmitočtu posouvačů fáze nedovolují jeho přímé řízení vnějším elektrickým signálem; spoléhají na mechanicky proměnné rezistory nebo kapacitory. Pouze pro signály s velmi malou amplitudou, typicky nanejvýš v jednotkách milivoltů, lze užít změn diferenciálních parametrů nelineárních součástek změnami polohy jejich stejnosměrného pracovního bodu, ale i zde pouze za cenu nelineárního zkreslení, tedy vzniku harmonických složek, které původní signál neobsahoval. Předkládané řešení dovoluje pomocí vnějšího elektrického řídicího signálu dosáhnout spojité změny kritického kmitočtu posouvače « ♦Previously known methods of continuous change of the critical frequency of phase shifters do not allow its direct control by an external electrical signal; rely on mechanically variable resistors or capacitors. Only for signals with very low amplitude, typically at most in units of millivolts, can the differential parameters of non-linear components be changed by changing the position of their DC operating point, but also here only at the cost of non-linear distortion. The present solution makes it possible to achieve a continuous change of the slider critical frequency by means of an external electrical control signal «♦

- 3 fáze v rozsahu několika dekád, a to i pro signál s amplitudou v jednotkách voltů i větší, bez nelineárního zkreslení, tedy bez vzniku nežádoucích nových spektrálních složek.- 3 phases over a range of decades, even for a signal with an amplitude in units of volts and greater, without non-linear distortion, ie without the formation of unwanted new spectral components.

Z hlediska funkce obvodu je typ použitého zdroje optického záření bez významu. Elektroluminiscenční dioda však představuje asi nejpraktičtější řešení, protože na rozdíl od jiných zdrojů optického záření je u ní vyzařovaná intenzita lineárně úměrná budicímu proudu, má malé rozměry, malou setrvačnost a dobrou konverzní účinnost Nicméně i s jiným typem zdroje optického záření bude celý obvod také pracovat dobře, až na méně praktický tvar konečné převodní funkce mezi řídicím signálem a fázovým posunutím, respektive hodnotou kritického kmitočtu článku RC.In terms of circuit function, the type of optical radiation source used is irrelevant. However, an electroluminescent diode is probably the most practical solution because, unlike other optical sources, its intensity is linearly proportional to the excitation current, has small dimensions, low inertia and good conversion efficiency. except for the less practical shape of the final transfer function between the control signal and the phase shift, respectively, the value of the critical frequency of the RC cell.

Zásadní u předkládaného řešení je, že jednak hodnota odporu R ve fázovacím článku se dá měnit vnějším ovládacím elektrickým signálem v rozsahu několika dekád, a dále skutečnost, že fotorezistor je na rozdíl od jiných elektronických součástek s řiditelnou hodnotou při všech nastavených hodnotách odporu výborně lineární i pro velké amplitudy signálu.Essential in the present solution is that both the resistance value R in the phasing cell can be changed by an external electric control signal in the range of several decades, and the fact that the photoresistor is, unlike other electronic components with controllable value at all set resistance values perfectly linear i for large signal amplitudes.

OLOL

Na obr.l a 2 jsou uvedena nejběžněji užívaná diferenční zapojení RC článku pro posouvače fáze. Obr. 3 znázorňuje schéma zapojení posouvače fáze podle předkládaného řešení s použitím operačního zesilovače a obr.^t je příkladem nového posouvače fáze s dvojicí zesilovačů se stejným zesílením, například operačních zesilovačů. Na obr.5 je pak uvedeno jedno z možných zapojení posouvače fáze s diskrétními součástkami.Figures 1 and 2 show the most commonly used differential connections of an RC cell for phase shifters. Giant. Fig. 3 shows a schematic of a phase shifter in accordance with the present invention using an opamp, and Fig. 4 is an example of a new phase shifter with a pair of amplifiers with the same gain, e.g., opamps. FIG. 5 shows one of the possible connections of the phase shifter with discrete components.

Příklady provedení-vynálezu:Examples:

Spojitého řízení posouvače fáze elektronickým signálem lze podle přihlašovaného řešení dosáhnout tak, že jako proměnného reálného odporu fázovacího RC článku se užije fotorezistoru R1, jehož odporová hodnota se spojitě mění změnou intenzity ozáření z vhodného zdroje optického záření, například elektroluminiscenční diody LED. Tohoto principu lze užít ve všech typech posouvačů fáze, založených na činnosti článku RC se soustředěnými parametry.According to the present invention, continuous control of the phase shifter by an electronic signal can be achieved by using a photoresistor R1, the resistivity of which is continuously varied by changing the irradiance from a suitable optical radiation source, for example an electroluminescent LED. This principle can be used in all types of phase shifters based on RC cell activity with lumped parameters.

Jedna varianta řešení elektronicky spojitě řízeného fázového posouvače podle bodu 2. je ukázána v obr. 3. Tento obvod vychází z klasického obvodu podle obr. 1.One variant of the electronically controlled phase shifter solution according to point 2 is shown in Fig. 3. This circuit is based on the classical circuit according to Fig. 1.

Jedná se o obvod s elektronicky řízenou fázovou kmitočtovou charakteristikou a konstantní amplitudovou kmitočtovou charakteristikou, užívající operačního zesilovače OA, jehož výstupní napětí u^ je výstupním napětím celého obvodu. Obvod je dále tvořen prvním zpětnovazebním rezistorem R3 připojeným mezi výstup a invertující vstup operačního zesilovače OA a druhým zpětnovazebním rezistorem R2 připojeným mezi invertující vstup operačního zesilovače OA a živou svorku vstupního napětí Uii. Na tutéž svorku vstupního napětí u^ je připojen i jeden konec fotorezistoru R1, který je součástí optoizolátoru OC. Druhý konec fotorezistoru R1 je připojen k neinvertující svorce operačního zesilovače OA, k níž je připojen i jeden konec kapacitoru C. Druhý konec kapacitoru C je připojen ke společnému vodiči, k němuž jsou připojeny i zemní svorky vstupního napětí uii a výstupního napětí ugg. Vstup optoizolátoru OC tvoří elektroluminiscenční dioda LED, jejíž budicí proud jcontroi má své vlastní samostatné svorky, které nemají žádné galvanické spojení se zbytkem obvodu, a mohou tedy ležet na obecně libovolném potenciálu, v mezích napěťové izolační odolnosti optoizolátoru.It is a circuit with an electronically controlled phase frequency response and a constant amplitude frequency response, using an OA amplifier whose output voltage u is the output voltage of the entire circuit. The circuit further comprises a first feedback resistor R3 connected between the output and inverting input of the operational amplifier OA and a second feedback resistor R2 connected between the inverting input of the operational amplifier OA and the live input voltage terminal Uii. One end of the photoresistor R1, which is part of the optoisolator OC, is connected to the same input voltage terminal u ^. The other end of the photoresistor R1 is connected to the non-inverting terminal of the OA, to which one end of the capacitor C is connected. The other end of the capacitor C is connected to a common conductor to which the input voltage uii and output voltage ugg terminals are connected. The opto-insulator OC is formed by an electroluminescent LED, whose excitation current has its own separate terminals, which have no galvanic connection to the rest of the circuit and can therefore lie at generally any potential, within the voltage insulation resistance of the opto-insulator.

V popsaném uspořádání fáze výstupního napětí u^ předbíhá fázi napětí u_uv souladu s rovnicí (1); pokud je třeba, aby se fáze u^ zpožďovala za fází uri, tedy opět podle rovnice (1), ale s opačným znaménkem fázového úhlu, postačí v obvodu vzájemně vyměnit polohy fotorezistoru R1 a kapacitoru C.In the described structure phase output voltage u ^ leads the phase of the voltage _u in accordance with equation (1); if it is necessary for the phase u 1 to be delayed after the phase uri, again according to equation (1) but with the opposite sign of the phase angle, it is sufficient to exchange the positions of the photoresistor R1 and the capacitor C in the circuit.

Pro správnou činnost je zapotřebí, za předpokladu ideálních vlastností operačního zesilovače OA, aby pro hodnoty druhého zpětnovazebního rezistoru R3 a prvního zpětnovazebního rezistoru R2 zpětnovazební sítě operačního zesilovače OA platil vztahFor the correct operation, assuming the ideal characteristics of the OA operational amplifier, the values of the second feedback resistor R3 and the first feedback resistor R2 of the feedback network of the OA operational amplifier need to be

R2 = R3.R2 = R3.

(2) • *(2) • *

Potom fázový vztah mezi vstupním napětím a výstupním napětím U22 dodržuje rovnici (1), a amplitudy jedmnotlivých hramonických složek signálu se nemění. Fotorezistor R1 je zde výstupní součástkou optronu OC, a jeho odporová hodnota je určena okamžitou hodnotou ozáření ze vstupní součástky optronu, zde reprezentované svítivkou, tedy elektroluminiscenčni diodou LED. Intenzita výstupního záření svítivky je určena jejím budicím proudem Icontroi. který tak je vlastní řídicí elektrickou veličinou, ovládající fázovou charakteristiku obvodu.Then, the phase relationship between the input voltage and the output voltage U22 follows equation (1), and the amplitudes of the individual hramonic components of the signal do not change. Here, the photoresistor R1 is the optocoupler output component of the OC, and its resistance value is determined by the instantaneous irradiance value from the optocoupler input component, represented here by the lamp, that is, the LED. The intensity of the lamp output is determined by its excitation current Icontroi. which is thus a control electrical quantity controlling the phase characteristic of the circuit.

Zcela obdobně pracují dále popsané varianty řešení podle obr. 4 a obr. 5.The variants of the solution according to FIGS. 4 and 5 are described in a similar manner.

Obvod podle obr. 4 je ideový, obdobně jako obvod v obr. 2. Jedná se opět o obvod s elektronicky řízenou fázovou kmitočtovou charakteristikou a konstantní amplitudovou kmitočtovou charakteristikou, užívající dvou zesilovačů AMP1, AMP2, které mají stejnou absolutní hodnotu zesílení, ale navzájem opačné znaménko napěťového zesílení, se zanedbatelně malou diferenciální výstupní impedancí a zanedbatelně malou diferenciální vstupní admitancí. Vstupy obou zesilovačů, tedy prvního zesilovače AMP1 a druhého zesilovače AMP2, jsou připojeny k živé vstupní svorce vstupního napětí u^. Jejich výstupy u^, u^x jsou připojeny k fázovacím článku tvořenému fotorezistorem R1 a kapacitorem C. Výstup u^ prvního zesilovače AMP1 je připojen k jednomu vývodu kapacítoru C, výstup druhého zesilovače AMP2 je připojen k jednomu vývodu fotorezistoru R1. Druhý vývod kapacítoru C a druhý vývod rezistoru R jsou vzájemně spojeny a připojeny k živé svorce výstupního napětí U22. Fotorezistor R1 je součástí optoizolátoru OC a představuje jeho výstup. Vstup optoizolátoru OC tvoří elektroluminiscenčni dioda LED, jejíž budicí proud Icontroi má své vlastní samostatné svorky, které nemají žádné galvanické spojení se zbytkem obvodu, a mohou tedy ležet na obecně libovolném potenciálu v mezích napěťové izolační odolnosti optoizolátoru. V popsaném uspořádání fáze výstupního napětí U2? předbíhá fázi napětí Un v souladu s rovnicí (1); pokud je třeba, aby se fáze U22 zpožďovala za fází U11, opět podle rovnice (1), ale s opačným znaménkem, postačí v obvodu vzájemné vyměnit polohy fotorezistoru R1 a kapacítoru C.The circuit of FIG. 4 is an ideological circuit, similar to the circuit of FIG. 2. Again, it is a circuit with an electronically controlled phase frequency response and a constant amplitude frequency response using two amplifiers AMP1, AMP2 having the same absolute gain value, but opposite a voltage gain sign, with a negligibly small differential output impedance and a negligibly small differential input admittance. The inputs of both amplifiers, the first amplifier AMP1 and the second amplifier AMP2, are connected to the live input voltage input terminal u ^. Their outputs u1, u1 are connected to a phasing cell formed by a photoresistor R1 and a capacitor C. The output u1 of the first amplifier AMP1 is connected to one terminal of the capacitor C, the output of the second amplifier AMP2 is connected to one terminal of the photoresistor R1. The second terminal of the capacitor C and the second terminal of the resistor R are connected to each other and connected to the live output voltage terminal U22. The photoresistor R1 is part of the OC optoisolator and represents its output. The opto-isolator OC is formed by an electroluminescent LED whose Icontroi excitation current has its own separate terminals that have no galvanic connection to the rest of the circuit and can therefore lie at any arbitrary potential within the opto-isolator voltage insulation resistance. In the described arrangement of the output voltage phase U2? overtake the voltage phase Un in accordance with equation (1); if the U22 phase needs to be delayed after the U11 phase, again according to Equation (1), but with the opposite sign, it is sufficient to swap the positions of the photoresistor R1 and the capacitor C in the circuit.

Výstupní napětí Uxx prvního zesilovače AMP1 je tedy stejně veliké, jako výstupní napětí druhého zesilovače AMP2, ale má opačnou polaritu. Jednotlivé ’ * ί < ff « · ' < ' · ·>···« , , ,Thus, the output voltage Uxx of the first amplifier AMP1 is as large as the output voltage of the second amplifier AMP2, but has the opposite polarity. Individual 'ff' ',', ',', '

- 6 - ' ' ' · < ¹.«’ spektrální složky těchto dvou napětí se obvodem tvořeným fotorezistorem R1 a kapacitorem C sečítají vektorově, takže ve výstupním napětí U22 rná každá spektrální složka tutéž amplitudu jakou měla v napětí na výstupu prvního zesilovače AMP1, ale její fáze je proti vstupnímu napětí u_n posunuta v souladu s rovnicí (1). Elektronické řízení fázové charakteristiky obvodu zde opět vykonává í_controL· budicí proud elektroluminiscenční diody LED optronu OC. stejně jako v obvodě podle obr?3.- 6 - '''·^<first«' spectral component of these two voltage circuit composed of photoresist R1 and capacitor C are additive vectors such that the output voltage U22 The RNA each spectral component the same amplitude as should the voltage at the output of the first amplifier AMP1, but its phase is shifted against the input voltage u _n in accordance with equation (1). Electronic control of the phase characteristics of the circuit here again perform even _con trol · driving current of light-emitting diodes LED optocoupler OC. as in the circuit of FIG.

ΛΛ

Obvod podle obr. 5 je funkčně totožný s obvodem podle obr. 4, je pouze příkladem jednoho možného konkrétního obvodového řešení obou zesilovačů AMP1, AMP2.The circuit of FIG. 5 is functionally identical to the circuit of FIG. 4, it is merely an example of one possible particular circuit solution of the two amplifiers AMP1, AMP2.

Obvod s elektronicky řízenou fázovou kmitočtovou charakteristikou a konstantní amplitudovou kmitočtovou charakteristikou zde užívá dvou tranzistorů. Jako invertující a neinvertující zesilovače zde slouží první bipolární tranzistor Q1 a druhý bipolární tranzistor Q2 v uspořádání emitorově vázaného diferenčního stupně s komplementárními výstupy. Báze prvního tranzistoru Q1 je připojena k živé svorce vstupního napětí ují, kolektor prvního tranzistoru Q1 k jednomu vývodu prvního rezistoru R4 a současně k jednomu vývodu kapacitoru C a emitor prvního tranzistoru Q1 ie připojen k jednomu vývodu třetího rezistoru R6 a současně k emitoru druhého tranzistoru 02. Báze druhého tranzistoru Q2 je připojena ke společnému vodiči a jeho kolektor je připojen k jednomu vývodu druhého rezistoru R5 a současně k jednomu vývodu fotorezistoru R1. Druhý vývod třetího rezistoru R6 je připojen k zápornému pólu napájecího zdroje Uee. kladný pól zdroje Uee je připojen ke společnému vodiči. Druhý vývody prvního rezistoru R4 a druhý vývod druhého rezistoru R5, jsou vzájemně spojeny a současně připojeny ke kladnému pólu napájecího zdroje U££, jehož záporný pól je spojen se společným vodičem. Druhý vývod kapacitoru C a druhý vývod fotorezistoru R1 jsou vzájemně spojeny a současně připojeny k živé svorce výstupního napětí U22. Zemní svorky vstupního napětí Uij a výstupního napětí U22 jsou spojeny se společným vodičem. Fotorezistor R1 je součástí optoizolátoru OC a představuje jeho výstup. Vstup optoizolátoru OC tvoří elektroluminiscenční dioda LED, jejíž budicí proud Icontroi má své vlastní samostatné svorky, které nemají žádné galvanické spojení se zbytkem obvodu a mohou tedy ležet na obecně libovolném potenciálu, a to v mezích napěťové izolační odolnosti optoizolátoru. V popsaném uspořádání fáze výstupního napětí u?? předbíhá < · vThe circuit with an electronically controlled phase frequency response and a constant amplitude frequency response uses two transistors. Here, the first bipolar transistor Q1 and the second bipolar transistor Q2 are used as inverting and non-inverting amplifiers in an emitter-coupled differential stage configuration with complementary outputs. The base of the first transistor Q1 is connected to the live input voltage terminal, the collector of the first transistor Q1 to one terminal of the first resistor R4 and simultaneously to one terminal of the capacitor C and the emitter of the first transistor Q1 is connected to one terminal of the third resistor R6 and simultaneously to the emitter of the second transistor 02. The base of the second transistor Q2 is connected to a common conductor and its collector is connected to one terminal of the second resistor R5 and simultaneously to one terminal of the photoresistor R1. The second terminal of the third resistor R6 is connected to the negative terminal of the power supply Uee. the positive pole of the Uee is connected to a common conductor. The second terminals of the first resistor R4 and the second terminals of the second resistor R5 are connected to each other and at the same time connected to the positive pole of the power supply U6, the negative pole of which is connected to a common conductor. The second terminal of capacitor C and the second terminal of photoresistor R1 are connected to each other and simultaneously connected to the live output voltage terminal U22. The ground terminals of the input voltage Uij and the output voltage U22 are connected to a common conductor. The photoresistor R1 is part of the OC optoisolator and represents its output. The OC optoisolator input is an electroluminescent LED whose Icontroi excitation current has its own separate terminals that have no galvanic connection to the rest of the circuit and can therefore lie at any arbitrary potential, within the voltage isolation resistance of the optoisolator. In the described arrangement of the output voltage phase u? overtakes <· v

I <I <

‘ t «. · < ta··»» < a « fázi napětí v souladu s rovnicí (1). Pokud je třeba, aby se fáze u^ zpožďovala za fází Utl> opět podle rovnice (1), ale s opačným znaménkem fázového úhlu, postačí v obvodu vzájemně vyměnit polohy fotorezistoru R1 a kapacitoru C. Bipolární tranzistory, tedy první tranzistor Q1 a druhý tranzistor Q2, jsou v uvedeném příkladě typu NPN. Beze změny funkce obvodu mohou být nahrazeny dvojicemi bipolárních tranzistorů NPN v Darlingtonově zapojení, právě tak beze změny obvodu mohou být nahrazeny i unípolárními tranzistory s kanálem typu N, nebo operačními zesilovači, z nichž jeden je v invertujícím zapojení, druhý v neinvertujícím, a jejichž napěťová zesílení jsou nastavena na stejnou absolutní hodnotu. Právě tak lze užít jednoduchých tranzistorů PNP, případně tranzistorů PNP v Darlingtonově zapojení, i unipolárních tranzistorů s kanálem typu P, pokud se obrátí polarita napájecích zdrojů θ UeE. Dále lze nahradit ve všech zmíněných případech beze změny zbytku obvodu třetí rezistor R6 libovolným elektronickým ekvivalentem proudového zdroje, což zlepšuje přesnost souměrnosti obvodu. Obvod je také možné napájet jen jediným stejnosměrným zdrojem napětí, pokud se vhodnými obvodovými prostředky zajistí správná poloha klidového pracovního bodu aktivních zesilovacích prvků, vdaném příkladě tedy prvního tranzistoru Q1 a druhého tranzistoru Q2 nebo jiných výše jmenovaných zesilovacích prvků.‘T«. <· Ta »» <<a a a a a fázi fázi fázi a a a a a a a a a fázi a a a a fázi fázi fázi fázi fázi fázi and phase voltage in accordance with equation (1) If it is necessary to delay phase u1 after phase Ut1 again according to equation (1) but with the opposite sign of phase angle, it is sufficient to swap the positions of photoresistor R1 and capacitor C in the circuit. Bipolar transistors, i.e. first transistor Q1 and second transistor Q2 are NPNs in the example. Without changing the circuit function, they can be replaced by pairs of Darlington NPN bipolar transistors, as well as by N-channel non-polar transistors or operational amplifiers, one of which is inverting, the other of non-inverting, and whose voltage the gains are set to the same absolute value. It is also possible to use simple PNP transistors or Darlington PNP transistors as well as unipolar P channel transistors if the polarity of the θ UeE power supplies is reversed. Furthermore, in all these cases, the third resistor R6 can be replaced by any electronic equivalent of the current source without changing the rest of the circuit, which improves the accuracy of circuit symmetry. It is also possible to supply the circuit with only a single DC voltage source, provided that the correct position of the resting operating point of the active amplification elements, in the example of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 or of the aforementioned amplification elements.

Jedinými požadavky, které musejí být vždy splněny, jsou stejná absolutní číselná hodnota zesílení invertujícího a neinvertujícího zesilovače, diferenciální výstupní odpor obou zesilovacích stupňů malý ve srovnání s nejmenší očekávanou hodnotou fotorezistoru R1 ve fázovacím RC článku, a horní mezní kmitočet zesilovačů podstatně vyšší, než je kmitočet nejvyšší spektrální složky zpracovávaného signálu. Ve většině běžných aplikací se tyto požadavky dají splnit snadno.The only requirements that must always be met are the same absolute numerical gain value of the inverting and non-inverting amplifier, the differential output resistance of both amplification stages small compared to the smallest expected value of the photoresistor R1 in the phasing RC cell, and the upper amplifier frequency limit substantially higher than frequency of the highest spectral component of the processed signal. In most common applications, these requirements can be easily met.

Průmyslová využitelnost:Industrial Applicability:

Posouvač fáze podle předloženého řešení nalezne užití v soustavách samočinného řízení, pro stabilizaci smyček záporné zpětné vazby, optimalizaci přechodové odezvy zpětnovazebních soustav, a dále v konstrukci soustav opravujících chyby amplitudové kmitočtové charakteristiky s neminimální fází, vyvolané elektronickými i neelektronickými součástkami nebo jevy, a pro řízení charakteristik s kupinového zpoždění v obvodech pro analogové zpracování signálu.The phase shifter according to the present invention finds use in automatic control systems, for stabilizing negative feedback loops, optimizing the transient response of feedback systems, and in designing systems for correcting non-minimum phase amplitude frequency characteristics caused by electronic and non-electronic components or phenomena, and for control characteristics with a cumulative delay in analog signal processing circuits.

Claims

PATENT CLAIMS

Phase shifter consisting of a differential connection of a phasing RC cell in conjunction with an operational amplifier or a pair of equal gain amplifiers, one inverting and the other non-inverting, characterized in that the variable real resistance of the phasing RC cell is formed by a photoresistor (R1) which is an optocoupler (OC) output, the input of which is an optical radiation source connected by its input to a control current source.

Phase shifter according to claim 1, characterized in that the optical radiation source is an electroluminescent diode (LED).