SU1476403A2

SU1476403A2 - Преобразователь разности фаз в напр жение

Info

Publication number: SU1476403A2
Application number: SU874257986A
Authority: SU
Inventors: Аврум Меерович Фиштейн
Original assignee: Институт Физики Им.Л.В.Киренского
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1989-04-30

Abstract

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике, в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем, аналого-цифровым преобразователем - в системах автоматической обработки информации. Цель изобретени - повышение действи преобразовател при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360 °, достигаетс в результате введени в известный преобразователь дополнительно одного инвертора. Кроме того, преобразователь содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 3 импульсов, формирователь 4 импульсов, формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователи 10 и 11 скважность-напр жение, интегратор 5 и дополнительно введенный инвертор 12. Преобразователь работает в диапазоне частот 10-50 МГц и обеспечивает при этом скорость изменени разности фаз до 360° за 100 мкс снижени точности преобразовани . 3 ил.

Description

Ј J

о

4ь

О

со

14)

1147

Изобретение относитс к радиоизмерительной технике, вл етс дополнительным к авт. св. К 1337811, в сочетании с вольтметром может быть использовано в качестве фазометра, а в сочетании с самописцем и аналого-цифровым преобразователем - в системах автоматической обработки информации.

Цель изобретени - повышение быстродействи преобразовател при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360°.

На фиг.1 изображена функциональна схема предлагаемого преобразовател ; на фиг.2 и 3 - диаграммы напр жений, по сн ющие его работу.

Преобразователь содержит усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 3 импульсов, формирователь 4 импульсов , интегратор 5, формирователь 6 импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователи 10 и 11 скважность - напр жение и инвертор 12.

Входами преобразовател вл ютс входы усилителей-ограничителей 1 и 2, выходами соединенных соответственно с входами первого формировател 3 импульсов , второго формировател 4 импульсов и третьего формировател 6 импульсов, последний выходом через последовательно соединенные интегратор 5 и релаксатор 9 соединен с вторым входом первого формировател 3 импульсов и с третьим входом преобразовател 10 скважность - напр же ние, первый формирователь 3 импульсов первым выходом соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом - с первым входом триггера 8, второй формирователь 4 импульсов первым выходом соединен с вторым входом триггера 7 , а вторым выходом - с вторым {входом триггера 8, выходы триггеров соединены соответственно с соединенными параллельно первыми и соединенными параллельно вторыми входами первого 10 и второго 11 преобразователей скважность - напр жение, третий вход преобразовател 11 скважность - напр жение через инвертор 12 соединен с выходом релаксатора 9, а выходы преобразователей 10 и 11 скважность - напр жение вл ютс выходами преобразовател .

Преобразователь работает следую-

щим образом.

Входные сигналы U, и U (фиг.2а,б) усиливаютс и ограничиваютс усили

,-

20

,«

25 50 55

,

30

35

тел мн-ограничител ми 1 и 2. Выходное напр жение усилител -ограничител 1 (фиг.2в), фронты которого соответствуют переходам через нуль входного сигнала U (фиг.2а), поступает на вход формировател 3 импульсов, выходные импульсы которого (фиг.2д,е) соответствуют фронтам выходного напр жени усилител -ограничител . При измерении разностей фаз, удаленных от 0 и 360°, импульсы, показанные на фиг.2д,, поступают на шину О , а импульсы , показанные на фиг.2д, - на

J5 шину 5 . Выходное напр жение усилител -ограничител 2 (фиг.2г) поступает на вход формировател 4 импульсов. Выходные импульсы этого формировател (фиг.2ж,з) соответствуют переходам через нуль сигнала Uj. (фиг.26). Импульсы , показанные на фиг.2лг, поступают на шину 6, импульсы, показанные на фиг.2г, - на шину В . Триггеры 7 и 8, на которые поступают импульсы по шинам а и 6, 6 и Ј соответственно, формируют импульсы, длительность которых равна временному интервалу между переходами через нуль в направлении сигналов U и U2 длительностью ut, tg - t,, и и Ц t4 - ts , (фиг.2и,к). Выходные сигналы с триггеров поступают на входы преобразовател 10 скважность-напр жение, который вырабатывает напр жение, пропорциональное (At + ut))/2T, т.е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов триггеров (здесь Т - период сигналов И и U).

С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сигналы (фиг.2в,г) поступают также на вход формировател 6 импульсов, реализующего операцию нет-И (возможный вариант выполнени этой операции: один из сигналов,

45 показанных на фиг.2в,г, инвертируетс и вместе с другим сигналом поступает -на схему И). На выходе формировател 6 импульсов вырабатываетс последовательность импульсов, длительность которых равна временному интервалу , в течение которого положительное напр жение сигнала U4 совпадает с отрицательным напр жением U, либо положительное напр жение Ug - с от- рицательным напр жением U. Импульсные последовательности с выхода формировател 6 импульсов (длительность импульсов в этих последовательност х равна flt( или -поступают на вход

40

интегратора 5. Усилители-ограничители 1 и 2, формирователь 6 импульсов и интегратор 5 образуют фаэометричес- кий преобразователь разность фаз - напр жение, реализующий принцип работы фазометров с перекрытием. Зависимость выходного напр жени интегратора от разности фаз между Uf и UQ показана на фиг.За. По уровн м U1 и и срабатывает релаксатор 9, вход которого соединен с выходом интегратора . Выходное напр жение релаксатора , зависимость которого от разности фаз между U и Uj показана на фиг.36, поступает на управл ющий вход формировател 3 импульсов и преобразователей 10 и 11 скважность - напр жение . При напр жени х на входе релаксатора , меньших U1, на его выходе устанавливаетс высокий логический уровень напр жени , а при напр жени х, больших U1 , релаксатор возвращаетс в состо ние с низким логическим уровнем выходного напр жени . Если сигналы зашумлены, то изломы на фиг.За отсутствуют (зависимость выходного напр жени интегратора от разности фаз между U 4 и U показан пунктиром). Это мертвые зоны преобразовател с перекрытием . Поскольку релаксатор переключаетс напр жени ми, удаленными от мертвых зон, существование последних не сказываетс на работе преобразовател .

При разност х фаз между U и LTU вблизи 0 и 360° (интервал Ч - Ч на фиг.З) выходное напр жение релаксатора 9 управл ет формирователем 3 импульсов таким образом, что последовательность импульсов, показанна на фиг.2д, поступает на шину 6, а последовательность импульсов, показанна на фиг.2е, - па шину О . Это может быть реализовано, например, перекрестной коммутацией сформированных по нуль-переходам импульсов с помощью двухпозицнонного переключател (как в прототипе) либо формированием импульсов при высоком логическом уровне напр жени на выходе релаксатора из напр жени , противофазному на фиг.2в.

При этом на выходах триггеров 7 и 8 длительности импульсов равны Ц- -t| и Ц-t),. Во врем действи на управл ющем входе формировател 3 импульсов высокого топического уровн выходного напр -м-ни релаксатора 9

5

0

5

0

5

0

5

0

5

импульсы с триггеров 7 и 8 получают приращени по длительности, соответствующие заштрихованным участкам на фиг.2и и фиг.2к. Сумма этих участков по длительности равна периоду сигнала . Так как выходное напр жение преобразовател скважность - напр жение пропорционально отношению полусуммы длительностей импульсов на выходе триггеров 7 и 8 к периоду сигнала, то вносимый при высоком логическом уровне выходного напр жени релаксатора фазовый сдвиг равен 180° (т.е. как в прототипе).

Выходное напр жение с релаксатора (фиг.Зб) поступает также на третий вход преобразовател 10 скважность - напр жение и суммируетс в нем таким образом, что при высоком логическом уровне этого напр жени выходное напр жение преобразовател 10 измен етс на величину, соответствующую 180°, т.е. компенсируетс дополнительный фазовый сдвиг 180°. В результате зависимость напр жени на выходе преобразовател 10 от разности фаз имеет вид, показанный на фиг.Зв. Если бы компенсирующее напр жение с выхода релаксатора 9 не подавалось на вход преобразовател 10, то выходное напр жение преобразовател имело бы вид, показанный на фиг.Зг.

При быстрых изменени х разности фаз напр жение на выходе преобразовател 10 на интервалах Ч7, - Ч1 и - имеет вид, показанный на фиг.Зв пунктиром. В этом интервале фазовых сдвигов преобразование разности фаз в напр жение выполн етс с большой погрешностью и отсчет устройства, включенного после преобразовател , будет ошибочным. Дл устранени указанной погрешности преобразовани выходное напр жение релаксатора 9 через инвертор 12 (фиг.Зд) поступает на вход преобразовател I1 скважность-напр жение . Выходное напр жение преобразовател 11 показано на фиг.Зе. При быстрых изменени х разности фаз это напр жение в интервале , также не соответствует разности фаз входных сигналов преобразовател .

Однако если снимать отсчеты на интервалах - М и Ч со второго выхода преобразовател , а на интервале ЧЧ с первого ыыхол;., го на интервалах Ч1, - и -Ц1 по первому

выходу и на интервале tfu- if по второму выходу отсчеты не производ тс и погрешность отсчетов на этих интервалах соответственно отсутствует.

Дл того, чтобы отсчеты разности фаз по обоим выходным напр жени м преобразовател были идентичными, следует при установке нулч подать- на оба его входа один и тот же сигнал, на первом выходе установить напр жение , соответствующее нулевому фазовому сдвигу, на втором выходе - напр жение , соответствующее 360 , так как

360° соответствует фазовому сдвигу, равному нулю. При такой установке нул преобразовател напр жени на первом и втором его выходах либо совпадают (интервалы - , и ), либо отличаютс на величину, соответ- ствующую 360° (интервалы Ц - и Ч1/}) t что видно на фиг.Зе, где штрих- пунктирной линией воспроизведено напр жение , показанное на фиг.Зв. Если из отсчета, превышающего 360° в от- счетном устройстве, исключить 360Ч, (например, сбросом или переполнением счетчика по достижении величины 3606) то отсчет разности фаз по обоим выходам соответствует преобразуемой (измер емой) величине. Интервалы г- и задаютс выходным напр жением релаксатора, которое мои

г

д е ж

з и к

U

5

Q 5

0

жет быть использовано также дл отсчета пройденных 360 -циклов.

Предлагаемый преобразователь в диапазоне частот 10-50 МГц допускает скорость изменени разности фаз до 360° за 100 мкс без понижени точности преобразовани С вызванного конечной длительностью перепадов выходного напр жени после прохождени разностей фаз У4 и j и и ). В сочетании с 9-разр дным АЦП такой преобразователь образует фазометр с временем измерени около 0,5 мкс, что позвол ет использовать его в быстродействующих информационно-измерительных системах.

Claims

Формула изобретени

Преобразователь разности фаз в напр жение по авт. св. № 1337811, о т- личающийс тем, что, с целью повышени быстродействи при преобразовании разности фаз в диапазоне, превышающем 360°, он дополнен инвертором , вход которого соединен с выходом релаксатора, а выход - с входом второго преобразовател скважность - напр жение, два других входа которого соединены с выходами триггеров , а выход вл етс вторым выходом преобразовател .

F

L

-

ШГЛ

J Y Фие.2

а .

Фиг.З