PL63159B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20.Vm.1971 83159 KI. 21 e, 25/04 MKP G 01 r, 25/04 CZYTELNIA UKD 6213173:6^ Twórca wynalazku: Jerzy Kalinski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Budowy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Polska) Uklad automatycznie utrzymujacy wzgledny kat przesuniecia fazowego dwóch sygnalów zmiennych o tej samej czestotliwosci na wartosci 90° Przedmiotem wynalazku jest uklad automatycznie utrzymujacy wzgledny kait przesuniecia fazowego dwóch sygnalów zmiennych o tej samej czestotliwosci na wartosci 90°. Uklad utrzymuje stala i równa 90° wartosc kata przesuniecia fazowego zarówno w funkcji zmian czestotliwosci obu sygnalów jak i zmian ich po¬ czatkowego kata przesuniecia fazowego.Uklady utrzymujace wzgledny kat przesuniecia fazo¬ wego dwóch sygnalów zmiennych na wartosci stalej i równej 90° stosuje sie w miernictwie elektrycznym ce¬ lem uzyskania przesuwników fazowych o regulowanym kacie przesuniecia fazowego w granicach od 0° do 90° niezaleznym od czestotliwosci sygnalu oraz w technice pomiarów oscylograficznych celem uzyskania kolowej podstawy czasu.Uklady takie stosuje sie równiez przy pomiarach ka¬ ta przesuniecia fazowego celem rozszeizenia zakresu pomiaru do 360° przez wprowadzenie scisle znanego dodatkowego kata przesuniecia fazowego niezaleznego od czestotliwosci sygnalów oraz w licznych urzadzeniach pomiarowych wymagajacych okreslenia obu skladowych wektorów pradu lub napiecia zmiennego w ustalonym zakresie czestotliwosci sygnalów wzglednie utrzymania okreslonej wartosci kata przesuniecia fazowego miedzy dwoma róznymi sygnalami o tej samej czestotliwosci w funkcji zmian czestotliwosci tych sygnalów lub charak¬ terystyk fazowych torów kazdego z tych sygnalów.Znane dotychczas uklady wprowadzajace staly i zbli¬ zony do 90° kat przesuniecia fazowego dwóch sygna¬ lów w funkcji czestotliwosci rozwiazywane sa jako 10 15 20 25 30 wzmacniacze o wzmocnieniu jednostkowym z czysto po¬ jemnosciowym obciazeniem. Kat przesuniecia fazowego miedzy sygnalem wejsciowym i wyjsciowym takiego wzmacniacza wynosi okolo 90° i nieznacznie zalezy od czestotliwosci. Amplituda sygnalu wyjsciowego przesuw- nika jest jednak wielkoscia zmienna w funkcji czesto¬ tliwosci i posrednie wartosci katów przesuniec fazowych nie moga byc uzyskane za pomoca takiego przesuwnika.Inne znane uklady 90cio stopniowych pizesuwników fazowych jak integrator Millera lub kolowy przesuwnik fazowy Kreielshammera wymagaja dostosowywania wartosci swych elementów skladowych do kazdorazowej czestotliwosci sygnalów. Zaden ze znanych prostych ukladów nie utrzymuje stalego i równego 90° kata prze¬ suniecia fazowego miedzy dwoma sygnalami o tej samej* czestotliwosci w przypadku zmiany ich poczatkowego wzglednego kata przesuniecia fazowego odpowiadajace¬ go zmianie charakterystyki fazowej toru jednego lub obu tych sygnalów.Celem wynalazku jest uzyskanie prostego i niezawod¬ nego ukladu utrzymujacego wzgledny kat przesuniecia fazowego miedzy dwoma sygnalami zmiennymi o tej samej czestotliwosci na wartosci 90°, Wytyczony cel osiagniety zostal w ukladzie wedlug niniejszego wynalazku, zgodnie z którym w torze jedne¬ go z sygnalów zmiennych wlaczone sa szeregowo roz¬ dzielacz fazowy i przesuwnik fazowy, którego wyjscie polaczone jest z pierwszym wejsciem detektora fazoczu- lego do którego drugiego wejscia doprowadzone jest wyjscie toru drugiego sygnalu zmiennego, natomiast 6315963159 3 4 wyjscie detektora fazoczulego polaczone jest poprzez filtr dolnopnzepustowy z przesuwnikiem fazowym.Wynalazek przewiduje takze inne przyklady ukladu opisanego wyzej. I tak, w jednym przykladzie zgodnie z wynalazkiem w torze jednego z sygnalów zmiennych szeregowo z pizesuwnikiem fazowym polaczony jest drugi zespól zlazony z rozdzielacza fazowego i przesuw¬ nika fazowego, polaczonych z soba szeregowo, a wyjscie filtru dolnopjzepustowego polaczone jest równolegle z oboma przesuwnikami fazowymi.W nastepnym przykladzie ukladu wedlug wynalazku miedzy wyjscie filtru dolnoprzepustowego i wejscie prze¬ suwnika fazowego lub wejscia przesuwników fazowych wlaczony jest wzmacniacz pradu stalego. W ostatnim wreszcie przykladzie ukladu wedlug wynalazku, w torze jednego z sygnalów zmiennych przed rozdzielaczem fa¬ zowym szeregowo z nim wlaiczony jest przesuwnik fa¬ zowy., Korzyscia techniczna wynikajaca ze stosowania wy¬ nalazku jest moznosc uzyskania nowych rozwiazan po¬ miarowych ukladów elektronicznych poprzez zastoso¬ wanie ukladu utrzymujacego staly i równy 90° kat prze¬ suniecia fazowego miedzy dwoma sygnalami zmiennymi w dwóch dowolnych punktach urzadzenia pomiaror wego.Przedmiotem wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia podstawowy schemat blokowy ukladu, fig. 2 za¬ leznosc sygnalu wyjsciowego detektora, fazoczulego od kata przesuniecia fazowego miedzy jego sygnalami wejsciowymi, fig. 3 uklad umozliwiajacy ustalenie po¬ czatkowego kata przesuniecia fazowego wprowadzanego przez sterowany przesuwnik fazy, fig. 4 uklad dostoso¬ wany do malych sygnalów wejsciowych detektora fazo¬ czulego, fig. 5 uklad rozszerzajacy zakres automatycznej regulacji wartosci kata przesuniecia fazowego do 360°, a fig. 6 uklad umozliwiajacy wstepna polaryzacje ele¬ mentów o sterowanej impedancji celem ustalenia po¬ czatkowej wartosci impedanicji tego elementu lub ele¬ mentów.Podstawowe zespoly ukladu automatycznie utrzymu¬ jacego ,kat przesuniecia fazowego miedzy dwoma sygna¬ lami zmiennymi ei i e2 na wartosci 90° przedstawione sa na fig. 1. Rozdzielacz fazowy 1 zasila przesunietymi w fazie o 180° sygnalami przesuwnik fazowy 2 wpro¬ wadzajacy kat przesuniecia fazowego regulowany w za¬ kresie 0° do 180° przez zmiane wartosci impedancji tranzystora, warystora lub diody pojemnosciowej wcho¬ dzacych w sklad przesuwnika fazowego. Zmiana impe¬ dancji tranzystora, warystora lub diody pojemnosciowej wchodzacych w sklad regulowanego przesuwnika fazo¬ wego 2 uzyskiwana jest poprzez doprowadzanie do tych elementów sygnalu pradu stalego.Sygnal korekcyjny pradu stalego doprowadzony do wymienionych elementów przesuwnika fazowego 2 uzy¬ skiwany jest z wyjscia detektora fazoczulego 3 poprzez filtr dolnoprzepustowy 4. Sygnalami wejsciowymi detek¬ tora fazoczulego 3 sa oba sygnaly, których wzgledny kat przesuniecia fazowego utrzymywany jest na warto¬ sci 90°.Na fig. 2 podane sa charakterystyki detektora fazo¬ czulego przedstawiajace zaleznosc wyprostowanego syg¬ nalu wyjsciowego od kata przesuniecia fazowego mie¬ dzy zmiennymi sygnalami wejsciowymi. Z charaktery¬ styk tych wynika, ze sygnal wyjsciowy detektora fazo¬ czulego 3 równy jest zeru przy wartosciach kata wyno¬ szacych ± (2n-l) 90°, gdzie n = 0, ,1,2, 3,.....Przy innych niz wymienione wartosciach katów syg¬ nal wyjsciowy detektora fazoczulego 3 jest rózny od ze- 5 na i posiada znak dodatni lub ujemny w zaleznosci od przedzialu zmian kata osiagajac .wartosci ekstremalne, naprzemian dodatnie i ujemne, przy wartosciach kata ± n(1809). Automatyczna regulacje kata przesuniecia fa¬ zowego dwóch sygnalów zmiennych na wartosci 90° uzyskuje sie wlaczajac [rozdzielacz fazowy 1 i przesuw¬ nik fazowy 2 ukladu podanego na fig. 1 do toru jedne¬ go z dwóch sygnalów zmiennych ei lub e2 i zasilajac detektor fazoczuly 3 obydwoma tymi sygnalami.Przy takim polaczeniu kazdy wzgledny kat przesunie¬ cia fazowego obu sygnalów rózny od 90° jest automa¬ tycznie doprowadzany do tej wartosci kata i utrzymy¬ wany na niej w funkcji zmian poczatkowego przesunie¬ cia fazowego miedzy sygnalami, charakterystyk fazo¬ wych torów obu sygnalów lub czestotliwosci zródla syg¬ nalów.Kazda zmiana wzglednej wartosci kata przesuniecia fazowego miedzy obu sygnalami powoduje pojawienie sie na wyjsciu detektora fazoczulego 3 sygnalu korek¬ cyjnego, który doprowadzany do regulowanego przesuw¬ nika fazowego 2 zmienia wprowadzony przez ten prze¬ suwnik kat przesuniecia fazowego i kompensuje zaist¬ niala zmiane utrzymujac-stala wartosc kata miedzy obu sygnalami równa 90°. Zakres regulacji jest mniejszy lub co najwyzej równy zakresowi zmian kata przesuniecia fazowego wprowadzanego przez przesuwnik fazowy 2 w funkcji doprowadzanego sygnalu korekcyjnego |radu stalego.Niedokladnosc ustalenia sie wzglednego kata przesu¬ niecia fazowego sygnalów; na wartosci 90° jest tym mniejsza, im wieksze sa amplitudy sygnalów zmiennych doprowadzanych do wejsc detektora fazoczulego 3, oraz im wieksza jest czulosc detektora i wieksze jest nachy¬ lenie charakterystyki zaleznosci impedancji elementu lub elementów wchodzacych w sklad przesuwnika fazowego 2 od sygnalu sterujacego.Znak kata 90° zalezy od sposobu dolaczenia zacisków wyjsciowych filtru dolnoiprzepustowego 4, a wiec de¬ tektora fazoczulego 3 do srodka wyjscia rozdzielacza fa¬ zowego 1 i wejscia regulowanego przesuwnika fazowe¬ go 2. Zmiana polaczenia na przeciwne zmienia na prze¬ ciwne nachylenie odcinków charakterystyki detektora fazoczulego, podanej na fig. 2, przechodzacych przez punkty zerowe odpowiadajace wzglednemu katowi prze¬ suniecia fazowego obu sygnalów równemu +90° i —90° oraz zmienia znak uregulowanego kata 90°.W zaleznosci od wartosci poczatkowego kata przesu¬ niecia fazowego miedzy obu sygnalami zmiennymi, przy stalym calkowitym zakresie regulacji, graniczne warto¬ sci dopuszczalnych dodatnich i ujemnych zmian kata beda rózne. Celem uzyskania mozliwosci przesuwania charakterystyki regulacji i zwiekszania zakresu jej dzia¬ lania w kierunku dodatnich lub ujemnych przyrostów kata w stosunku do jego wartosci poczatkowej, wzgled¬ nie zapewnienia pelnej symetrii tej charakterystyki, wlaczony jest do ukladu dodatkowy przesuwnik fazowy 5 (fig. 3).Przesuwnik 5 wprowadza dodatkowy kat przesuniecia fazowego, którego odpowiednie dobranie prowadzi do automatycznego ustalenia sie kata przesuniecia fazowe¬ go przesuwnika regulowanego 2 na wartosciach skraj- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 63159 6 nych lub kazdej z wartosci wewnetrznych zakresu regu¬ lacji. Jezeli wprowadzony dodatkowo kat przesuniecia fazowego zredukuje poczatkowy kat przesuniecia fazo¬ wego obu sygnalów do wartosci bliskiej zera, to regu¬ lowany przesuwnik fazowy 2 ustawi sie na wartosci 90° odpowiadajacej srodkowi zakresu regulacji tego prze¬ suwnika i pelnej symetrii charakterystyki regulacji.Impedancje elementów wchodzacych w sklad przesuw¬ nika fazowego 2 a wiec mp. tranzystora, warystora lub diody pojemnosciowej dla tego punktu pracy sa tak do¬ brane, by impedancja elementu sterowanego byla równa sredniej geometrycznej jej mozliwych wartosci granicz¬ nych. W przypadku koniecznosci, regulacji wzglednego kata ^przesuniecia fazowego sygnalów o amplitudach zbyt malych ido zapewnienia niezbednego wysterowania elementu lub elementów wchodzacych w sklad przesuw¬ nika fazowego 2 sygnalem wyjsciowym detektora fazoi- czulego 3, miedzy wyjscie filtru dolnoprzepustowego 4 a wejscie regulowanego przesuwnika fazowego 2 wla¬ czony jest wzmacniacz pradu stalego (6) (fig. 4).Wzmocnienie wzmacniacza 6 uzaleznione jest od pozio¬ mu sygnalu wyjsciowego detektora fazoczulego 3 i syg¬ nalu wysterowania tranzystora, warystora lub diody po¬ jemnosciowej wchodzacych w sklad przesuwnika fazo¬ wego 2 o/ zmiennej impedanoji.W przypadku wymaganej regulacji wzglednego kata przesuniecia fazowego dwóch sygnalów zmiennych na wartosci 90° w zakresie zmian poczatkowego kata prze¬ suniecia fazowego lub charakterystyk fazowych itorów wiekszym od 180°, wzglednie w szerszym zakresie zmian czestotliwosci sygnalów, w szereg z rozdzielaczem fezowym 1 i przesuwnikiem fazowym 2 wlaczony jest drugi zespól zawierajacy rozdzielacz fazowy 7 i prze¬ suwnik fazowy 8 (fig. 5). Rozdzielacz fazowy 7 stero¬ wany jest sygnalem wyjsciowym przesuwnika fazowe¬ go 2 i zasila przesunietymi w fazie o 180° sygnalami przesuwnik fazowy 8, do którego elementu lub elemen¬ tów o zmiennej impedancji doprowadzony jest sygnal sterujacy z wyjscia detektora fazoczulego 3 równolegle z sygnalem sterujacym zmianami impedancji elementu lub elementów wchodzacych w sklad przesuwnika fazo¬ wego 2.Sygnal wyjsciowy detektora fazoczulego 3 doprowa¬ dzony jest do 'Obu przesuwników fazowych 2 i 8 po¬ przez filtr dolnoprzepustowy 4 lub poprzez ten filtr i wzmacniacz pradu stalego 6. Przy takim rozwiazaniu symetryczna charakterystyka regulacji uzyskiwana jest dla poczatkowych katów przesuniec fazowych wprowa¬ dzanych przez oba przesuwniki fazowe 2 i 8 równych 90° i kacie przesuniecia fazowego wprowadzanym przez przesuwnik dodatkowy 5 tak dobranym, by poczatkowe przesuniecie fazowe obu sygnalów wynosilo 90°.Celem zmniejszenia róznicy pomiedzy rzeczywistym wzglednym katem przesuniecia fazowego obu sygnalów zmiennych a zalozonym katem 90° do minimum nie¬ zbednego dla ustalenia sie w zamknietej petli automaty¬ ki odpowiedniego sygnalu zasilania elementu o. sterowa¬ nej impedancji stosowane jest, w przypadku ukladów nie zawierajacych wzmacniacza pradu stalego 6, wstep¬ ne polaryzowanie elementu lub elementów o regulowa¬ nej impedancji przesuwnika 2 lub przesuwników 2 i 8 5 sygnalem napiecia stalego ze stabilizowanego zródla 9- Sygnal ten doprowadzany jest do przesuwnika lub przesuwników fazowych poprzez rezystancje wyjsciowa filtru dolnoprzepustowego 4 (fig. 6). Sygnal wyjsciowy detektora fazoczulego 3 dodaje sie lub odejmuje od sygnalu polaryzacji wstepnej, zmieniajac kat przesunie¬ cia fazowego wprowadzany przez przesuwnik lub prze¬ suwniki fazowe wokól wartosci ustalonej poczatkowym sygnalem polaryzujacym.Opisany uklad automatycznie utrzymujacy wzgledny kat przesuniecia fazowego dwóch sygnalów zmiennych o tej samej czestotliwosci na wartosci 90° w funkcji zmian w szerokim zakresie poczatkowego kata przesu¬ niecia fazowego i charakterystyk fazowych torów obu sygnalów lub czestotliwosci zródla tych sygnalów moze byc stosowany w licznych urzadzeniach pomiarowych, których dzialanie wymaga zapewnienia stalego i równe¬ go 90° kata przesuniecia fazowego miedzy sygnalami w dwóch dowolnych punktach takich urzadzen. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad automatycznie utrzymujacy wzgledny kat przesuniecia fazowego dwóch sygnalów zmiennych o tej samej czestotliwosci na wartosci 90° poprzez zamia¬ ne wartosci kata przesuniecia fazowego miedzy tymi sygnalami na wartosc napiecia wyprostowanego i wy¬ korzystanie tego napiecia celem doprowadzenia warto¬ sci kata przesuniecia fazowego do 90°, znamienny tym, ze w torze jednego z sygnalów zmiennych (ei) wlaczone jest szeregowo rozdzielacz fazowy (1) i przesuwnik fa¬ zowy (2), którego wyjscie polaczone jest z pierwszym wejsciem detektora fazoczulego {3), do którego drugie¬ go wejscia doprowadzone jest wyjscie toru drugiego sygnalu zmiennego {e2, natomiast wyjscie detektora fa^ zoczulego (3) polaczone jest poprzez filtr dolnoprzepu¬ stowy (4) z przesuwnikiem fazowym (2).

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w to¬ rze jednego z sygnalów zmiennych (ei) szeregowo l. przesuwnikiem fazowym (2) polaczony jest drugi zespól zlozony z rozdzielacza fazowego (7) i- przesuwnika fa¬ zowego (8) polaczonych z soba szeregowo, a wyjscie filtru dolnoprzepustowego (4) polaczone jest równolegle z oboma przesuwnikami fazowymi (2 i 8).

3. Uklad wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze miedzy wyjscie filtru dolnoprzepustowego (4) i wejscie przesuwnika fazowego (2) lub wejscia przesuwników fazowych (2 i 8) wlaczony jest wzmacniacz pradu sta¬ lego (6).

4. Uklad wedlug zastrz. 1, 2 i 3, znamienny tym, ze w torze jednego z sygnalów zmiennych (ei) przed roz¬ dzielaczem fazowym (1) szeregowo z nim wlaczony jest przesuwnik fazowy (5). 15 20 25 30 35 40 45 50KI. 21 e, 25/04 63159 MKP G 01 r, 25/04 £ 2 ,1 4 \ ?i ' 5 Fig. 1 e2 a -p -t -J o *j +jr +|t +2ir Fig. 2KI. 21 e, 25/04 63159 MKP G 01 r, 25/04 e. 2 ng. 3 e. 5 \-L \s X J 4 _& ' 3 r , » Fig. 4 [j r i 7 8 »¦ i r ' ' LrJ J e, ¦ » o 1 „ i —i t ^4 3 ^rz _§* Fig. 5 H2 6t 4 3 9 Fig. 6 PL PL