SU771868A1 - Двухфазный генератор - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники, преимущественно к области генерировани  сигналов низкой и инфранизкой частоты , и может быть использовано в приборостроении при создании двухфазных генераторов напр жений в диапазоне низкиз и инфранизких частот. Известны различные схемы построени  двухфазных генераторов, основанные на преобразовании частоты и выде лении биений, и содержащие фильтры усилители, задающий генератор, и обладающие недостаточной стабильностью выходной частоты l. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  двух фазный генератор 2, структурна  схема которого содержит задающий генератор , фазовращатель, преобразователи частоты, вспомогательный генера тор, фильтры нижних частот и выходные усилители (фильтры нижних частот включены в состав преобразователей частоты). В известном двухфазном генераторю выходные напр жени  задающего генератора и азовращател  пода тс  соответственно на сигнальные входы преобразователей частоты. На управл ющие входы этих преобразовате лей подаетс  напр жение вспомогательного генератора, частоту которого можно перестраивать. Разностна  частота (биени  частот задающего и вспомогательного генераторов) на выходе преобразователей выдел етс  с помощью фильтров нижних частот и усиливаетс  выходными усилител ми. При идентичности каналов, каждый из которых содержит преобразователь частоты, фильтр нижних частот и выходной усилитель , сдвиг фаз между выходными напр жени ми двухфазного генератора равен сдвигу .фаз между напр жени ми, подаваемыми на сигнальные входы преобразователей частоты. Диапазон изменени  частоты выходных напр жений двухфазного генератора на биени х будет таким же, как и диапазон изменени  частоты сигнала перестраиваемого генератора. Основным недостатком такого двухфазного генератора на биени х  вл етс  высока  нестабильность частоты выходных напр жений. Незначительные отклонени  частот Генераторов от номинальных значений за счет дестабилизиру1лцих факторов привод т к значительным изменени м частоты выходных колебаний. Чем выше

частоты исходных колебаний задающего и вспомогательного генераторов и чем ниже частота выходных колебаний,тем больше относительна  нестабильность последних.

Трудность обеспечени  стабильности частоты выходных колебаний в основном и ограничивает применение двухфазных генераторов на биени х в диапазоне низких и инфранизких частот .

Другой недостаток двухфазного генератора на биени х заключаетс  в невысокой стабильности амплитуды получаемых выходных напр жений, про вл ющейс  в основном вследствие низкой температурной и временной стабил ности примен емых в смесител х нелинейных элементов, атакже непосто нства амплитуд выходных напр жений задающего и вспомогательного генераторов .

Недостатком генератора на биени х следует также считать сравнительно .большое врем  установлени  параметров выходных колебаний (-амплитуды, фазы, частоты) при включении и перестройке частоты генератора. Причиной этого  вл етс  посто нна  времени фильтров нижних частот, примен емых на выходах смесителей, величина которой , обычно, значительно превосходит величину периода преобразуемого напр жени .

Целью изобретени   вл етс  повыше ние стабильности частоты и амплитуды выходных напр жений .двухфазного генератора , а также сокращение времени и установлени .

Поставленна  цель достигаетс  тем что в двухфазный генератор, содержащий задающий генератор, подключенный к фазовращателю, два преобразовател  частоты, сигнальный вход одного из которых подключен к выходу задающего генератора, а другого - к выходу фазовращател , два фильтра нижних частот , входы которых св заны с выходами преобразователей частоты, а выходы - со входами двух выходных усилителей , введены одновибратор и устройство запуска, включающее в себ  четыI ре сравнивающих устройства, два резистора , четыре элемента НЕ, четыре дифференцирующие цепи, реле с четырьм  переключающими контактами, четыре элемента И и элемент ИЛИ, при зтом преобразователи частоты своими управл ющими входами подключены к выходу одновибратора, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ устройства запуска; первые входы первого и второго сравнивающих устройств св заны соответственно с сигнальными входами первого и второго преобразователей частоты, а их вторые входы - соответственно с выходами преобразователей частоты, выходы первого и второго преобразователей частоты соеди«ены соответственно с первым и вторым входами третьего сравнивающэго устройства и одними выводами резисторов другие выводы которых подключены к первому входу четвертого сравнивающего уст зойства, второй вход которого подключен к общей шине; выходы первого и второго сравнивающих устройств соединены соответственно через первую и третью дифференцирующие цепи с первым и третьим подвижными контактами и через последовательные соединени  - первого элемента НЕ,, второй дифференцирующей цепи и второго элемента НЕ, четвертой дифференцирующей цепи - соответственно со вторым и четвертым подвижными контактами реле, обмотка которого включена между управл ющим выходом фазовращател  и общей шиной; выход третьего сравнивающего устройства св зан непосредственно со вторыми входами первого и третьего элементов И и через третий элемент НЕ - со вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход четвертого сравнивающего устройства соединен непосредственно с третьими входами второго и третьего элемента И и через четвертый элемент НЕ - с третьими входами первого и четвертого элементов И; первые входы первого, второго , третьего, четвертого элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым нормально замкнутыми и вторнлм, первым, четвертым , третьим нормально разомкнутыми неподвижными контактами реле, а выходы каждого из элементов И подключены А) входам элемента ИЛИ.

На фиг.1 приведена структурна  схема предлагаемого двухфазного генератора; на фиг.2 - одна из возможных схем аналогового запоминающего устройства, используемого в качестве преобразовател  частоты; на фиг.З,- ,временные диаграммы, по сн ющие принцип работы описываемого двухфазного генератора (представлен случай, когда вносимый фазовращателем фазовый сдвиг больше О и меньше 18.

Двухфазный генератор содержит задающий генератор 1, фазовращатель 2, два преобразовател  частоты 3 и 4, два фильтра нижних частот 5 и б, два выходных усилител  7 и 8, одновибратор 9, схему 10 запуска, включающую в себ  четыре устройства сравнени  11,12,13 и 14, два резистора 15 и 16, четыре элемента НЕ 17, 18,19и 20, четыре дифференцирующие цепи 21,22, 23 и 24, реле 25 с четырьм  переключающими контактами, четыре элемента И 26,27„28 и 29 и элемент ИЛИ 30.

Выход задающего генератора 1 св зан с сигнальным входом преобразовател  частоты 3 и входом фазовращател  2, выход которого подключен к сигнальному входу преобразовател  частоты 4. Выходы обоих преобразователей

Частоты 3 и 4 соединены соответственно с фильтрами 5 и 6 нижних частот, которые в свою очередь своими выходами св заны со входами выходных усилителей 7 и 8. Управл ющие входы обои преобразователей частоты 3 и 4 подключены к выходу одновибратора 9, вход которого св зан с выходом элемента ИЛИ схемы 10 запуска. Первые входы сравнивающих устройств 11 и 12 св заны соответственно с сигнальными входами преобразователей частоты 3 и 4, а их вторые входы - соответственно с выходами указанных преобразователей частоты.

Кроме этого выходы преобразователей частоты 3 и 4 св заны соответственно с первым и вторым входами сравнивающего устройства 13 и левыми выводами резисторов 15 и 16,правые выводы которых подключены к первому входу сравнивающего устройства 14, второй вход которого подключен к общей шине. Выходы сравнивающих устройств 11 и 12 соединены соответственно через дифференцируюгцие цепи 21 и 23 с первым и третьим подвижными контактами, а также через последовательные соединени  элемента НЕ 17, дифференцирующей цепи 22 и элемента НЕ 18, дифференцирующей цепи 24 соответст в енно со вторым и четвертым подвижными контактами реле 25,обмотк которого включена между управл ющим выходом фазовращател  2 и общей шиной . Выход сравнивающего устройства 13 св зан непосредственно со вторыми входами элементов И 26, 28 и через элемент НЕ 19 - с вторыми входами элементов И 27,29. Выход сравнивающего устройства 14 соединен непосредственно с третьими входами элементов И 27,28, и через элемент НЕ 20 - с третьими входами элементов И 26,29. Первые входы элементов И 26,27,28,29 св заны соответственно с первым норМс1льно замкнутым и вторым нормально разомкнутым,со вторым нормально замкнутым и первым нормально раэомкнуТ1ЛМ , с третьим нормально замкнутым и четвертым нормально разомкнутым, с четвертым нормально замкнутым и третьим нормально разомкнутым неподвижными контактами реле 25, а выходы каждого из элементов И 26,27,28,29 подключены ко входам элемента ИЛИ 30.

Преобразователи частоты могут быть выполнены в виде аналогового запоминающего устройства {фиг.2), содержащего аналоговый ключ 31, выход которого соединен с входом буферного усилител  32 и верхней обкладкой конденсатора 33,нижн   обкладка которого заземлена.

Сигнальным входом аналогового запоминающего устройства  вл етс  левый электрод ключа 31, а его выходом - выход буферного усилител  32

управл ющим входом аналогового запоминающего устройства  вл етс  управл ющий вход ключа 31 (затвор полевого транзистора).

На временных диаграммах (Лиг.З) введены обозначени : U - напр жение на выходе задающего генератора 1; и - напр жение на выходе Фазовращател  2; и,,и - соответственно напр жени  на выходах аналоговых запоминающих устройств 3 и 4; и ,U.j2, ,

0 и. - соответственно напр жение на выходах сравнивающих устройств 11,12, 13,14; соответственно напр жени  на выходах элементов И 26, 27,28,29; Ug - напр жение на выходе

5 одновибратора 9; t.- длительность импульса одновибратора. На диаграммах выходных напр жений сравнивающих устройств 11 и 12 жирными лини ми вьаделены фронты, из которых формируютс 

0 импульсы запуска одновибратора. На диаграммах выходных напр жений элементов И 26,27,28 и 29 жирными лини ми выделены запускающие импульсы, которые запускают одновибратор, а тонкими - запускающие импульсы, не

5 вызывающие запуска одновибратора. Состо ние 1 обозначено положительным потенциалом,а О нулевым.

Двухфазный генератор работает следующим образом.

0

Генерируемое задающим генератором 1 напр жение U, частота которого , обычно, выбираетс  на несколько пор дков выше желаемой частоты двухфазного генератора, подаетс  одновре5 менно на вход фазовращател  2 и сигнальный вход первого преобразовател  частоты 3. С помощью фазовращател  2 фазу выходного напр жени  можно сдвигать по отношению к входному на угол от О до 360 . Разницу фаз л Ц выходно0 го и входного напр жений фазовращател  можно представить уравнением

лч--VM, ,

где Ц) , f соответственно начальные фазы выходного и входно5 го напр жений фазовращател .

При установке фазового сдвига в пределах реле 25 обесточено и его подвижные контакты замыкают0 с  с соответствующими верхними неподвижными контактами, как показано на фиг.1. В случае установки фазового сдвига в пределах ° с управл ющего выхода фазовращател  на

5 обмотку реле 25 подаетс  питание и его подвижные контакты замыкаютс  с соответствующими нижними неподвижными контактами.

Выходное напр жение U,j фазоврсицател  подаетс  на сигнальный вход вто0 рого преобразовател  частоты 4. На управл ющие входы запоминающих устройств подаютс  короткие импульсы с выхода одновибратора 9, открывающие ключи обоих преобразователей часто5 ты 3 и 4. Во врем  воздействи  импульса одновибратора напр жение на конденсаторах преобразователей частоты следит за входным напр жением. С исчезновением импульса одновибратора оба преобразовател  частоты переход т в режим хранени , и до прихода следующего импульса одновибратора на их выходах сохран ютс  уровни напр жений, соответствующие мгновенным значени м входных напр жений в момент окончани  импульса одновибратора . Дп  запуска одновибратора используютс  запускающие импульсы, формируемые схемой 10 запуска из передних и задних фронтов выходных импульсов сравнивающих устройств 11 и 12, которые принимают состо ние 1 в случае, когда напр жение на входах соответствующих преобразователей частоты 3 и 4 превышает напр жение на их выходах, т.е. когда первые входы сравнивающих устройств наход тс  под более высоким потенциалом , чем их вторые входы. Если же уровень напр жени  на первом входе ниже уровн  напр жени  на втором вхо де , то соответствующее сравнивающее устройство находитс  в состо нии О Формирование запускающих импульсов из передних фронтов сравнивающих устройств 11 и 12 осуществл етс  соответственно дифференцирующими цеп ми 21 и 23, а из задних фронтов - соответственно последовательными соединени ми элемента НЕ 17, дифференцирующей цепи 22 и элемента НЕ 18, дифференцирующей цепи 24. С выходов дифференцирующих цепей 21,22,23 и 24 запускающие импульсы подаютс  через соответствующие нормально зам кнутые верхние контакты реле в случае ,, когда , соответственно на первые входы элементов И 26,27, 28,29 и в случае, когда через соответствующие нормально разомкнут зе нижние контакты реле, в случае, когда .360° соответственно на первые входы элементов И 27,26,29,28. Однако, на входы элемента ИЛИ 30 в каждый момент времени запускающие импульсы пропускаютс  только одним элементом И, - тем, второй и третий входы которого наход тс  под потенциалами 1, получаемыми с выходов сравнивающих устройств 13 и 14 н,епосредственно или через элементы НЕ 19 и 20. Сравнивающее устройство 13 находитс  в состо нии 1, когда выходное напр жение Do первого преобразовател  частоты 3 больше выход ного напр жени  U преобразовател  частоты 4, и наоборот - в состо нии О, когда . Сравнивающее устройство 14 находитс  в состо нии 1 когда сумма Uj+U4 0 и наоборот - в состо нии О, когда сумма . Така  логика работы сравнивающих ус ройств 13 и 14 приводит к тому, что элементами И 26,27,28,29 вьвдел ютс  запускающие импульсы от того сравнивающего устройства (fll или 12), кото-« рое в данный момент времени работает на более крутом участке напр жени  задающего генератора. Это дает возможность повысить стабильность следовани  запускающих импульсов, поскольку уменьщаетс  погрешность, вызываема  неопределенностью момента срабатывани  сравнивающего устройства. В случае 0,аЧ 180°запускающие импульсы, сформированные из передних фронтов выходных импульсов сравнивающих устройств 11 и 12, выдел ютс  соответственно элементом И 26 в промежутка времени, когда сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо нии 1 и О и элементом И 28 в промежутки времени, когда оба срабатывающие устройства 13 и 14 наход тс  в сЬсто ни х 1,а запускающие импульсы,сформированные из задних фронтов выходных импульсов сравнивающих устройств 11 и 12 выдел ютс  соответственно элементом И 27 в промежутки времени, когда сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х О и 1, и элементом И 29 в промежутки време.чи, когда оба сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х О. В случае 180 запускающие импульсы , сформированные из передних фронтов выходных импульсов сравнивающих устройств 11 и 12, выдел ютс  соответственно элементом И 21 в промежутки времени, когда сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х О и 1 и элементом И 29 в промежутки времени, когда оба сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х О, а запускающие импульсы , сформированные из задних фронтов выходных импульсов сравнивающих уст- . ройств 11 и 12, выдел ютс  соответственно элементом И 26 в промежутки времени, когда сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х 1 и О и элементом И 28, кОгд5 оба сравнивающие устройства 13 и 14 В резульнаход тс  в состо нии тате этого каждый из указанных элементов И пропускает пачку запускающих импульсов, соответствующую определенным участкам формируемых выходных напр жений. Так, на фиг.3,представл ющей случай, когда , в промежутке времени, когда выходы обоих сравнивающих устройств 13 и 14 наход тс  в состо нии 1, пачку запускающих импульсов вьщает элемент И 28. В это врем  формируетс  вершина положительной полуволны напр жени  Uj и восход щий участок напр жени  {f, . Запускающие импульсы формируютс  от передних фронтов выходных импульсов сравнивающего устройства 12. В промежутке вермени,когда сравнивающие

устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х соответственно. и 1,пачку запускающих импульсов выдает элемент И 27. В это врем  формируетс  нисход щий участок напр жени  Uo и положительна  вершина . Запускающие импульсы формируютс  от задних фронтов сравнивающего устройства 11. в промежутке времени, когда оба сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо нии О, пачку запускающих импульсов выдает элемент И 29. В это врем  формируетс  отрицательна  вершина напр жени  Uj и нисход щий участок и, запускающие импульсы формируютс  от задних фронтов сравнивающего устройства 12. в промежутке времени , когда сравнивающие устройства 13 и 14 наход тс  в состо ни х соответственно 1 и О, пачку запускающих импульсов выдает элемент И 26. в это врем  Формируетс  восход щий участок Ug и отрицательна  вершина U, запускающие импульсы формируютс  от передних фронтов сравнивающего устройства 11. Дальше сравнивающие устройства 13 и 14 переход т в состо ни  1 и начинает формироватьс  следующий период выходных сигналов, - процесс повтор етс .

В случае 180 йЧ Збо мен етс  последовательность работы элементов И, а принцип формировани  выходных сигналов остаетс  тем же,

В моменты времени,сразу же после смены состо ни  какого-либо из сравнивающих устройств 13 или 14, с выхода элемента И, который прин л состо ние 1 по второму и третьему входу, возможно прохождение одного паразитного запускающего импульса (на фиг.З такие импульсы показаны тонкими лини ми), совпадающего во . времени с импульсом, выдаваемым одновибратором 9, вследствие его запуска последним запускающим импульсом из предьщущей пачки. Такой паразитный запускающий импульс не приводит к повторному запуску одновибратора, поскольку в последнем не закончены восстановительные процессы, т.е. периодичность следовани  импульсов оцновибратора не нарушаетс .

Период повторени  импульсов на выходе одновибратора 9 равен сумме периода напр жени  задающего генератора и длительности импульса одновибратора . .

Частоту выходных напр жений можно измен ть, измен   частоту задающего генератора или длительность импульса одновибратора.

Относительна  нестабильность частоты - выходных напр жений описываемого двухфазного генератора определ етс  выражением

где и соответственно отно1 сительные нестабильности частоты задающего генератора и длительности импуль5са одновибратора.

Предлагаемый двухфазный генератор позвол ет на несколько пор дков повысить стабильность частоты генерируемых напр жений по сравнению с двухфазными генераторами, в которых используетс  независимый вспомогательный генератор.

Эта нестабильность не возрастает с увеличением отношени  частот

р , что наблюдаетс  в двухфазных генераторах с применением вспомогательного генератора. Последнее обсто тельство дает возможность в значительной степени расширить частотный диапазон генерируемых напр жений в сторону инфранизких частот.

Другим важным преимуществом описываемого двухфазного генератора по

5 сравнению с прототипом  вл етс  более высока  стабильность амплитуды генерируемых напр жений, поскольку исключен из схемы вспомогательный генератор , нестабильность амплитуды

Q которого сказываетс  на нестабильности амплитуды выходного напр жени .

Кроме того, в предлагаемом двухфазном генераторе возможно применение более быстродействующих фильтров

C нижних частот или даже их исключение из схемы, обусловленное значительным подавлением паразитных комбинационных частот в самих преобразовател х частоты - аналоговых запоминающих устройствах, что позвол ет повысить

0 быстродействие генератора, т.е. сократить врюм  установлени  его выходных параметров при включении и перестройке частоты.

Claims (2)

1.Вавилов А.А. и Солодовников А.И Экспериментальное определение частотных характеристик автоматизированных систем, Госэнергоиздат, М., 1963,

с.184-222.

2.Колтик Е.Д. Измерительные двухфазные генераторы переменного . Изд.Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при СМ СССР, М., 1968, с.7-15.

выход /

Ы упр.

л

Dа

л.

л

л.

jDа

i/Z.J