SU1224739A1 - Фазовращатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  формировани  напр жени  переменного тока, фаза которого сдвигаетс  на 90° относительно другого напр жени  переменного тока . Может быть использовано в фазо- измерительн ых устройствах. Цель изобретени  - повышение точности и надежности работы фазовращател . Устройство содержит источники 1. и 2 опорного напр жени  положительной и отрицательной пол рности, масштабные резисторы 3-10, операционные усилители 11 и 12, интеграторы 17 и 18j компаратор 23, триггер 25, общую шину 26, вход 27, выход 28. Дл  достижени  поставленной цели в устройство введены амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22 напр жени , формирователи 13-16 импульсов и дополнительный компаратор 24. 2 ил. S (Л , fcs./ ю го 4 -Ч оо :D (pt/f.f

Description

Изобретение относитс  к устройствам , предназначенным дл  формировани  напр жени  переменного тока, фаза которого сдвинута на 90° от- -носительно другого напр жени  переменного тока, и может быть использовано в фазоизмерительных устройствах .

Цель изобретени  - повышение точности и надежности работы фазовращател .

На фиг, 1 изображена функциональна  схема предлагаемого фазовр.ащате- л ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов.

Фазовращатель содержит источник 1 опорного напр жени  положительной пол рности, источник 2 опорного напр жени  отрицательной пол рности, первый 3, второй 4, третий 5, чет- вертьй 6, п тый 7, шестой 8, седьмой 9 и восьмой 10 масштабные резисторы,, первый 11 и второй 12 операционные усилители, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 формитзователи импульса, первый 17 и второй 8 интеграторы , первый 19 и второй 20 амплитудные детекторы, первый 21 и второй 22 делители напр жени , компаратор 23, дополнительный компара- тор 24, триггер 25, шину 26 нулевого потенциала, вход 27, выход 28.

Вход устройства через резистор 4 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилител  П, а через резистор 5 подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилител  12, Источник 1 и 2 опорных напр жений через делите;.;:: ;а пр жений, образованные из резисторов 7 и 9 (8 и 10) подключены к вторым входам усилителей 11 и 12. Выходы усилителей 11 и 12 через последовательно подключенные интеграторы 17 и 18, амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22 напр жени , компараторы 23 и 24 подключены к входам триггера 25, выход которого л етс  выходом устройства. Входы формирователей 13 и 14 подключены к выходам усилителей 11 и 12, а выходы их соединены с вторыми выходами интеграторов 17 и 18. Вторые входы компараторов 23 и 24 соединены с выходами интеграторов 17 и 18, а выходы компараторов 23 и 24 через формирователи 15 и,16 импульсов соединены с вторыми входами амплитудных

4739

детекторов 19 и 20, при этом резисторы 3 и 6 образуют цепи отрицатель ной обратной св зи ; л  ус илителей П и 12.

5 Фазовращатель работает следующтлм образом.

С входа 27 синусоидальное напр жение (фиг. 2а, здесь и ниже, если специал:ьно не оговорено, рассматриО ваютс  диаграммы, изобрал;енные на фиг. 2 сплошными лнкт шми) через второй 4 и третий 5 масштабные резисторы поступает на инвертирующие входы первого 1 и второго 12 операцион5 нык усилителей, которые работа1от в режиме ограничени .

На неиквертирующие входы первого 11 и второго 12 операционных усилителей поступают напр жени  от ис0 точнкков 1 и 2 опорных напр жений положительной и отрицательной пол рностей (фиг. 2а - сплошные пр мые линии), причем величины этих напр - жений устанавливаютс  делител ми,

3 образованными соответственно п тым масштабнььм резистором 7 и седьмым иасштабныг- резистором 9, шестым масштабным резистором 8 и восьмьм масштабным резистором 10. В результате

S ограничени  на выходах первого )1 и второго 12 операционных усилителей формируютс  пр моугольные импульсы напр жени  (фиг. 26,Ь).Эти пр моугольные напр жени  поступают на Формационные входы первох о 17 и

второ:го 18 интеграторов, где интегрируютс . По заднему фронту пр моугольных напр жений (фиг. 26,6) первый 13 и второй i4 формирователи- им0 пульса вырабатывают сигналы, по ко- торым происходит сброс в исходное состо ние первого 17 и второго 18 интеграторов. В результате форма выходных напр жений первого 17 и

S второго 18 интеграторов имеет вид :аклообразнь:гх импульсов (фиг. 22,3).

Первый 19 и второй 20 амилитуд- ные детекторы :вьщел ют максимальное значение выходных напр жений соот50 ветственно первого 17 и второго 18 интеграторов. На выходах первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов формируютс  посто нные напр л;ени  (фиг. 2е,ж). С помощью

55 первог о 21 и второго 22 делителей напр жени  эти посто нные напр жени  устанавливаютс  равными половине максимального значени  вы3

ходных напр жений соответственно первого 17 и второго 18 интеграторов (фиг.2г,3;).

Таким образом, на входы компара- тора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают: на первые входы - напр жени  пилообразной формы (фиг. ), а на вторые входы - посто нные напр жени , величина каждого из которых равна половине максимального (амплитудного) значени  соответствующего напр жени  пилообразной формы. Компаратор 23 и дополнительный компаратор 24 в моменты сравнени  формируют импульсы (фиг.2и л), причем в моменты сравнени  входной синусоидальньй сигнал достигает максимального значени  (пик амплитуды - фиг. 2а ). Эти импульсы поочередно поступают на входы триггера 25, на выходе которого (в результате его периодического п ереключенил) формируетс  симметричное напр жение пр моугольной формы типа меандр (фиг. 2н). Вследствие того, что срабатывани  компаратора 23 (фиг. 2и) и дополнительного компаратора 24 (фиг. 2л) происход т в моменты достижени  входным синусоидаль}1ым сигналом (фиг. 2а) максимумов амплитуды (положительного и отрицатель ного), то моменты переключени  триггера 25 (фиг. 2н) такз1№ соответствуют этим максимумам. Поэтому сформированное на выходе триггера 25 пр моугольное напр жение (фиг. 2н)ока- зьшаетс  сдвинутым относительно входного синусоидального сигнала (фиг. 2а ) на угол 90 , причем величина этого сдвига равна 90 и устанавливаетс  настройкой коэффициентов передачи первого 21 и второго 22 делителей напр жени . Как отмечалось , коэффициенты передачи устанавливаютс  такими, чтобы на выходах первого 21 и второго 22 делителей напр жени  напр жение бьшо равно половине выходных напр жений первого 17 и второго 18 интеграторов.

Выходные импульсы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают на входы третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульса , назначение которых состоит в формировании импульсов некоторой фиксированной длительности(фиг.2к,м) По заднему фронту этих импульсов

происходит обнуление (разр д)

24739

первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов (фиг. 2е,ж). Затем происходит зар д первого 19 и рого 20 амплитудных детекторов до 5 текущего амплитудного значени  выходных напр жений первого 17 и второго 18 интегратрров (фиг. 2е,ж), причем обнуление (разр д) первого 1 9 и второго 20 амплитудных деtO текторов и их последующий зар д происходит за врем  от заданного фронта выходных импульсов третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульса до момента обнулени  пер (5 вого 17 и второго 18 интеграторов (фиг. 2е,ж).

Так как назначение фазовращател  состоит в формировании напр жени , сдвинутого на 90° относитель20 но входного синусоидального напр жени , то под точностью рыботы понимаетс  величина приближени  (или отклонени ), фазы сформированного напр жени  к величине 90 , выраженна 

25 в градусах (абсолютна  величина) или процентах (относительна  величина ).

Оценим точность работы Предлагаемого фазовращател .

В предлагаемом фазовращателе при нестабильности, например,входного синусоидального сигнала, происход т следующие процессы.

Предположим, что амплитуда синусоидального сигнала на входе 27

35 увеличилась (фиг. 2а - дунктир),а величины напр жений источников 1 и 2 опорных напр жений положительной и отрицательной пол рностей не изменились (фиг. 2а - пр мые сплошные

линии). На выходах первого 11 и второго 12 операционных усилителей формируютс  более широкие (прот женные ) пр моугольные импульсы (фиг. 26,в - пунктир).На выходах

первого 17 и второго 18 интеграторов формируютс  пилообразные напр жени  увеличенной амплитуды (фиг. 2г,Э - пунктир). На выходах первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов

50 формируютс  напр жени  также более высокого уровн  (фиг. 2е,ж - пунктир ). Эти напр жени  вдвое уменьшаютс  по величине в первом 21 и Втором 22 делител х напр жени  и по55 даютс  на входы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24.

Поскольку выходные напр жени  первого 21 и второго 22 делителей

30

напр жени  вдвое меньше по величине выходных напр жений соответственно первого 7 ти второго 18 интеграторо ( фиг. 2г,д - пунктирные пилообразны и пр мые линии), то моменты срабатывани  компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 приход тс  по времени на моменты максимумов амплитуд положительной и отрицательной полуволн синусоидального сигнала с входа 27 (фиг. 2о).

Оценим точность работы предлагаемого фазовращател  при нестабильности параметров первого 21 и второго 22 делителей напр жени .

Согласно вьшеуказанномз на выходе делителей 21 и 22 напр жени  сформированы напр жени , величины которых вдвое меньше выходного напр жени  первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов, а коэффициент делени  делителей 21 и 22 напр жени  равен Определенному значению , отклонение которого приводит к дополнительному (паразитнокгу) фазовому сдвигу (отличному от 90) сформированного на выходе триггера 25 пр моугольного напр жени . Например , если делители 21 и 22 напр жени  выполнены на резисторах, технологическа  точность которых равна 1%, то паразитный фазовый сдвиг сформированного пр моугольного напр жени  составит 8 и точност фазовращател  при этом равна, примерно , 9%. Если же делители 21 и 22 напр жени  выполнены на резисторах, точность которых равна 0,1%, то паразитный фазовый сдвиг и точность фазовращател  состав т соответственно 2,5 и 2%.

Таким образом, в предлагаемом фазовращателе без прин ти  мер стабилизации коэффициента делени  первого 21 и второго 22 делителей напр жени  структурно обеспечиваетс  высока  точность работы: в 2-3 раза выше, чем у устройства-прототипа. Кроме того, предлагаемый фазовращатель характеризуетс  более высокой надежностью работы, так как в нем опорные напр жени  выбраны всегда меньше амплитуды входного синусоидального напр жени , что обуславливает надежную (без пропусков) работу первого 11 и второго 12 операционных усилителей 11 и 12. Напомним,

что в устройстве-прототипе опорные напр жени  выбираютс  равными или чуть меньше амплитуды входного синусоидального напр жени . Отклонени  от такого выбора привод т либо к несимметричности выходного пр моугольного напр жени , либо, вообще, к пропуску - полуволны этого напр жени , т.е. к сбою в работе триггера .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фазовращатель, содержащий первый и второй операционные усилители, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилител  включен первый масштабньй резистор, к

   инвертирующему входу первого операционного усилител  подключен первый вывод второго масштабного резистора, второй вывод которого  вл етс  входом фазовращател  и подключен к первому выводу третьего масштабного резистора , второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого мас- штабного резистора и с инвертирующим входом второго операционного усилител , к выходу которого подключен второй вьшод четвертого масштабного резистора, выход источника опорного напр жени  положительной пол рности через п тый масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилител , выход источника опорного напр жени  отрицательной пол рности через шестой масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилител , компаратор, выход которого подключен к первому входу триггера, выход которого  вл етс  выходом фазовращател , первьй вывод седьмого масштабного резистора

   соединен с шиной нулевого потенциала и восьмой масштабный резистор, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  точности и надежности работы, в него введены первый

   и второй интеграторы, первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй делители напр жени , первый, второй, третий и четвертый формирователи импульса, дополнительный компаратор , причем выход первого операционного усилител  подключен к информационному входу первого интегратора , выход которого соединен с пер

   вым входом компаратора и входом первого амплитудного детектора, выход которого подключен к входу первого делител  напр жени , а выход последнего - к второму входу компаратора, неинвертирующий вход первого операционного усилител  соединен с вторым выводом седьмого масштабного резистора , выход второго операционного усилител  подключен к информационному входу второго интегратора, выход которого соединен с первым входом дополнительного компаратора и входом второго амплитудного детектора, выход которого подключен к входу второго делител  напр жени , выход которого соединен с вторым входом дополнительного компаратора, выход которого подключен к второму входу

   фиг.2

   Составитель В.Шубин Редактор А.Ревин Техред Н.Бонкало Корректор Е.Сирохман

   Заказ 1947/45 Тираж 728 - Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   247398

   триггер-а, неинвертирующий вход второго операционного yci-шител  через восьмой масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, 5 выход первого операционного усилител  через первый формирователь импульса подключен к входу сброса первого интегратора, выход второго операционного усилител  через второй 10 формирователь импульса подключен к входу сброса второго интегратора, выход компаратора через третий форг мирователь импульса подключен к входу сброса первого a mлитyднoгo де15 тектора, выход дополнительного компаратора через четвертый формирователь импульса подключен к входу сброса второго амплитудного детектора .