PL105340B1 - Fazoczuly przetwornik napiecia wielkiej czestotliwosci na napiecie malej czestotliwosci - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest fazoczuly przetwornik napiecia wielkiej czestotliwosci na napiecie malej czesto¬ tliwosci, znajdujacy zastosowanie we wspólczesnych urzadzeniach pomiarowych, a szczególnie w miernikach admitancji i jej skladowych.

Znane sa z literatury M.J. Mowsowic „Poluprowodniko- wyje prieobrazowatieli castoty „Energia" 1968 przetworniki oparte na modulatorach pierscieniowych. Sa proste i nie¬ zawodnej zawieraja jednak w torach wielkiej czestotliwosci elementy indukcyjne i wykorzystuja lamana charakterystyke diody pólprzewodnikowej. Zaweza to pasmo przenoszenia i podnosi zawartosc harmonicznych w sygnale wyjsciowym, co ogranicza w zasadniczy sposób mozliwosci wykorzystania tego rodzaju ukladów w szerokopasmowych urzadzeniach pomiarowych.

Podstawowym problemem jaki wystepuje przy stosowaniu przetworników diodowych w torach szerokopasmowych ukladów pomiarowych jest zminimalizowanie zawartosci pasozytniczych produktów przemiany, jak równiez wy¬ eliminowanie z ukladu elementów i czlonów wykazujacych wzglednie silna zaleznosc kata fazowego od napiec zasilaja¬ cych, czestotliwosci pracy, temperatury otoczenia i innych czynników zewnetrznych.

Istota fazoczulego przetwornika napiecia wielkiej czes¬ totliwosci na napiecie malej czestotliwosci polega na wypo¬ sazeniu go w mieszacz zasilajacy i mieszacz powrotny, przy czym wejscia sygnalowe wielkich czestotliwosci mie- szacza zasilajacego sa polaczone z wejsciami heterodyno- wymi mieszacza powrotnego poprzez rezystory lub kon¬ densatory przelaczone za pomoca zsynchronizowanych ze soba przelaczników dwupozycyjnych,a wejsciapomiarowe mieszacza powrotnego sa polaczone z wyjsciami wielowrot¬ nika, przy czym wejscia wielowrotnika sa polaczone z wyj¬ sciami mieszacza zasilajacego a wejscie sterujace mieszacza zasilajacego jest polaczone z generatorem malej czestotli¬ wosci, ponadto wejscie zasilajace mieszacza zasilajacego i wejscia zasilajace mieszacza powrotnego sa polaczone ze zródlem pradu stalego.

Mieszacz zasilajacy wedlug wynalazku posiada cztery diody, których koncówkf parami ^a polaczone ze soba i uziemione poprzez rezystory o rezystancji wielokrotnie mniejszej od minimalnej rezystancji dynamicznej diod, ponadto dwie diody sa polaczone poprzez rezystory o rezys¬ tancji wielokrotnie mniejszej od minimalnej rezystancji dynamicznej diod, ponadto dwie diody sa polaczone poprzez rezystory z uzwojeniem wtórnym transformatora malej czestotliwosci tworzac pradowy obwód heterodynowy a drugie dwie diody sa polaczone rezystorami o rezystancji wielokrotnie mniejszej od rezystancji minimalnej diod, których wspólny punkt polaczenia jest polaczony ze wspólna elektroda kondensatorów o regulowanej pojemnosci za¬ laczanych równoleglena wejscie sygnalowemieszacza.

Mieszacz powrotny wedlug wynalazku posiada diody, które parami sa polaczone poprzez rezystory ze zródlem pradu stalego. Koncówki jednej pary diod sa polaczone poprzez potencjometr oraz szeregowo polaczone kondensa¬ tory, których punkt wspólny jest polaczony z masa, do której jest dolaczony poprzez rezystor suwak potencjo¬ metru. Ponadto koncówki drugiej pary diod sa polaczone z symetrycznym uzwojeniem pierwotnym transformatora 105 340105 340 3 malej czestotliwosci, którego uzwojenie wtórnejest obciazone rezystorem równoleglym o rezystancji, która odniesiona do polowy uzwojenia pierwotnego transformatora jest wielo¬ krotnie niniejsza od minimalnej rezystancji pary diod.

Wynalazek zostal uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy przetwornika, na fig. 2 — schemat ideowy przetwornika.

Przetwornik sklada sie z mieszacza zasilajacego 1 i mie- szacza powrotnego 2 polaczonych ze soba zgodnie z zasada dzialania przemiany zamknietej. Pomiedzy wyjsciem mie¬ szacza zasilajacego 1 i wejsciem mieszacza powrotnego 2 zalacza sie badany wielowrotnik 3. Zródlo zasilania przetwor¬ nika stanowi generator malej czestotliwosci 4 oraz zródlo pradu stalego 5. W mieszaczu zasilajacym 1 sa zalaczone diody Dl, D2, D3, D4 a w mieszaczu powrotnym 2 sa zalaczone diody D5, D6, D7, D8.

Kazda z diod jest zalaczona do trzech niezaleznych ob¬ wodów, z których dwa sa to obwody pradu zmiennego — sygnalowy o charakterze napieciowym i heterodynowy o charakterze pradowym, trzeci zas jest to obwód zasilania diody pradem stalym. W mieszaczu zasilajacym 1 prado- wosc obwodu heterodyny malej czestotliwosci zapewniaja rezystory R7 i R8 rezystancja których jest wielokrotnie wieksza od najwiekszej mozliwej rezystancji dynamicznej diody. Napieciowy charakter obwodu sygnalowego wielkiej czestotliwosci w tym mieszaczu zapewniaja rezystory R5 i R6, rezystancja których jest wielokrotnie mniejsza od najmniejszej mozliwej rezystancji dynamicznej diody.

W mieszaczu powrotnym 2 te funkcje spelniaja rezystory R13, R14 lub kondensatory C9, CIO oraz rezystancja wyjsciowa badanego wielowrotnika 3.

Wszystkie diody sa zasilane z jednego zródla pradu stalego 5. Wlasciwy i stabilny termicznie rozdzial pradu zasilania miedzy poszczególne diody zapewniaja rezystory R7, R8, R9, RIO w mieszaczu zasilajacym oraz rezystory R15, R16, R17, R18 w mieszaczu powrotnym.

Potencjometry RV1 i RV2 sluza do ustawczego symetry- zowania par diod w mieszaczach.

Kondensatory Cl, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, maja wylacznie charakter elementów blokujacych w obwodach pradu stalego i praktycznie nie wprowadzaja w zakresie pasma pracy przesuniec fazowych w torach wielkiej czesto¬ tliwosci. Rezystory Rl, R2, R3, R4 separuja od siebie obwody sygnalowe wielkiej czestotliwosci par diod Dl i D2 oraz D3 i D4.

Ujednolicenie katów fazowych w odseparowanych obwodach zapewniaja kondensatory róznicowe CVI i CV2.

Transformator TRI dostarcza napiecia heterodyny malej czestotliwosci do diod mieszacza zasilajacego. Diody mie¬ szacza zasilajacego pracuja na obciazenie w postaci rezysto¬ rów Rll i R12, zas diody mieszacza powrotnego na obcia¬ zenie w postaci rezystancji R19 przetransformowanej przez transformator TR2.

Zarówno transformator TR2 jak i transformator TRI pracuja na malej i stalej czestotliwosci lokalnego generatora napiecia malej czestotliwosci 4 i nie wprowadzaja przesu¬ niec fazowych do torów wielkiej czestotliwosci.

Przetwornik przykladowo moze byc stosowany do bada¬ nia fazowo-amplitudowych charakterystyk przenoszenia wielowrotników w szerokim pasmie czestotliwosci. Wielo¬ wrotnik 3 moze miec wejscie zarówno symetrycznie jak i asymetrycznie, wyjscie natomiast asymetryczne o niskiej impedancji. ~ Przy wysokiej impedancji wyjsciowej badanego wielo¬ wrotnika stosuje sie szerokopasmowy wtórnik zalaczany 4 miedzy wyjsciem wielowrotnika 3 i wejsciem mieszacza powrotnego 2. Na wejscie przetwornika podaje sie napiecie o czestotliwosci pomiarowej z zewnetrznego generatora o wyjsciu symetrycznym przestrajanego w zakresie pasma pracy, zas (te transformatora TRI doprowadza sie napiecie malej czestotliwosci z lokalnego generatora 4. Na wyjsciu przetwornika uzyskuje sie napiecie malej czestotliwosci równej czestotliwosci generatora lokalnego 4 o amplitudzie proporcjonalnej do iloczynu wspólczynnika przenoszenia le wielowrotnika i kosinusa kata fazowego tego wspólczynnika przy czestotliwosci pomiarowej.

Przy badaniu drugiej skladowej kwadraturowej wspól¬ czynnika przenoszenia wielokrotnika 3 zalacza sie za pomoca przefaczników K' i K" zamiast rezystorów R13 i R14 kondensatory C9 i CIO.

Jedynymi elementami decydujacymi o przesunieciach fazowych w roboczych torach wielkiej czestotliwosci przetwornika wedlug wynalazku sa rezystory i diody pólprzewodnikowe. Symetriaroboczych obwodów przetwor- nika powoduje, ze o wartosci pasozytniczego przesuniecia fazy w przetworniku decyduja nie bezwzgledne wartosci katów fazowych eementów lecz ich nieskompensowana róznica wynikajaca z niepokrywania sie charakterystyk fazowo-czestotliwosciowych rezystorów i diod o jednakowych nominalach i typach. Do pracy w przetworniku sto¬ suje sie diody w których wyraznie wystepuje modulacja fazy. Ta indukcyjnosc redukuje -kilkakrotnie kat fazowy diody.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe 30 1. Fazoczuly przetwornik napiecia wielkiej czestotliwosci na napiecie malej czestotliwosci, znamienny tym, ze posiada mieszacz zasilajacy (1) i mieszacz powrotny (2), przy czym wejscia sygnalowe wielkiej czestotliwosci mie¬ szacza zasilajacego (1) sa polaczone poprzez zsynchroni- 35 zowane ze soba przelaczniki dwupozycyjne (Kj i K2) z wejsciami heterodynowymi mieszacza powrotnego (2) przy czyrn jeden z elementów przelaczanych przelacznika

1. (KJ jest polaczony z rezystorem (R13) a drugi z konden¬ satorem (C9) a jeden z elementów przelaczanych przelacz- 40 nika (K2) jest polaczony z rezystorem (Rn) a drugi z kon¬ densatorem (C10) natomiast wejscia pomiarowe mieszacza powrotnego (2) sa polaezone z wyjsciami wielowortnika (3), przy czym wejscie wielowrotnika (3) sa polaczone z wyj¬ sciami mieszacza zasilajacego (1) a wejscie sterujace mie- 43 szacza zasilajacego jest polaczone z generatorem malej czestotliwosci, ponadto wejscie zasilajace mieszacza zasila¬ jacego (1) i wejscie zasilajace mieszacza powrotnego (2) sa polaczone ze zródlem pradu stalego (5).

2. Fazoczuly przetwornik wedlug zastrz. 1, znamienny 50 tym, ze mieszacz zasilajacy (1) posiada cztery diody (Di, D2, D3, D4) których koncówki(b) wewnetrzne sa pola¬ czone ze soba parami (D^ i D3 oraz D2 i D4) i uziemione poprzez rezystory (Rll i R12) o rezystancji dynamicznej wielokrotnie mniejszej odrezystancjiminimalnej dynamicznej 55 diod (Dl, D2, D3, D4) ponadto diody drugiej pary (D4 x i D2) sa polaczone poprzez rezystory (R7 i R8) z uzwoje¬ niem wtórnym transformatora malej czestotliwosci (Tri) tworzac pradowy obwód heterodynowy a diody pierwszej pary (Dl i D3) sa polaczone z rezystorami (R5 i R6) 60 o rezystancji, wielokrotnie mniejszej od rezystancji mini¬ malnej diod, których wspólny punkt polaczenia jest pola¬ czony zewspólna elektrodakondensatorów dwu (CVI i CV2) o regulowanej pojemnosci zalaczonych równolegle na wej¬ scia sygnalowe mieszacza. 65

3. Fazoczuly przetwornik wedlug zastrz. 1, znamienny105 340 tym, ze mieszacz powrotny (2) posiada cztery diody (D5, D6, D7, D8) które parami (D5, D7 oraz D6, D8) sa polaczone poprzez rezystory (R15 i R16) ze zródlem zasi¬ lajacym pradu stalego (5) przy czym koncówki (b) diod drugiej pary (D7 i D8) sa polaczone ze soba poprzez potenqometr (RV2) oraz poprzez szeregowo polaczone ze soba dwa kondensatory (C7 i C8) których punkt wspólny jest polaczony z masa do której jest dolaczony poprzez rezystor (R17) suwak potencjometru (RV2) a ponadto koncówki (b), diod pierwszej pary (D5 i D6) sa polaczone symetrycznym uzwojeniem pierwortnym transformatora malej czestotliwosci (TR2), którego uzwojenie wtórne jest obciazone rezystorem równoleglym (R19) o rezystancji, która odniesiona do polowy uzwojenia pierwotnego trans¬ formatorajest wielokrotnie mniejsza od minimalnej rezystan¬ cji dynamicznej diod (D5 i D6) pierwszej pary. Afe/SC^ ,,l L_^= Rf3\\l.C9 }*1 «»|| TCfO Wyjscie Fig.1 Fi92