SU826517A2 - Фазосдвигающее устройство - Google Patents

Description

Изобретение, относитс  к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике. По основному авт.св. №657541 известно фазосдвигающее устройство СФСУ), используемое преимущественно в преобразовательной технике дл  од новременного формировани  двух сигн лов с одинаковыми, посто нными по уровню, фазонезависимыми амплитудам и зеркально-симметричными фазовыми сдвигами относительно начальной фаз входного сигнала, а также формирова ни  третьего выходного сигнала с ре гулируемой амплитудой и синфазного с входным сигналом посто нной ампли туды. Регулировку начальной фазы эт сигналов осуществл ют изменением на чальной фазы входного сигнала. Это устройство содержит фазовращатель с блоком управлени , три смесител , четыре фильтра, генератор и первый сумматор. Выход первого смесител  через первый фильтр и второй смеситель соединен со вторым фильтром и через третий фильтр и третий смеситель соединен с четвертым фильтром, выход генератора подключен непосредственно к вторым входам второго и . третьего смесителей и через фазовращатель - к второму входу первого смесител , а первый сумматор подключен к выходам второго и четвертого фильтров l . Число задач, решаемых с помсадью основного изобретени , ограничено, в частности, оно не обеспечивает получение регулируемых по амплитуде сигналов, наход щихс  в квадратуре, что  вл етс  его недостатком. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей (т.е. числа решаеких задач) и автоматизации установки заданного отношени . Указанна  цель достигаетс  тем, что фазосдвигающее устройство (ФСУ снабжено св занными между собой фазой н в ер тором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, второй вход второго сумматора - к выходу четвертого фильтра. С целью дополнительного расширени  функциональных возможностей ФСУ дополнительно снабжено третьим и четвертым сумматорами и вторым.фазоинвертором , который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом - к второму входу третьего сумматора , первый вход которого подклюен к выходу второго фильтра, а четертый сумматор входами подключен выходам фазоинверторрв.

Кроме того, с целью автоматизации становки заданного отношени  с1мгшиуд выходных сигналов, ФСУ снабжено амплитудным дискриминатором (содеращим датчик отношени  амплитуд), входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выод - к управл ющему входу блока правлени  фазовращател .

На чертеже приведена структурна  хема ФСУ. В устройство вход т смесиели 1, 2, 3, фильтры 4, 5,6, 7, фазовращатель 8, генератор 9, сумматоры 10, 11 и фазоинвертор 12. Причем, фильтр 4 настроен на суммарную комбинационную частоту продуктов преобразовани  и включен между смесителем 1 и смесителем 2, фи-льтр 5 настроен на разностную комбинационную частоту и включен между смесителем 1 и смесителем 3, фильтры 6 и 7 настроены на комбинационные частоты, равные частоте входного сигнала и включены на выходах соответственно смесителей 2 и 3, генератор 9 подключен к второму входу дмесител  1 через фазовращатель 8 и к вторым входам смесителей 2 и 3 - непосредственно, сумматор 10 подключен к выходам фильтров 6 и 7, сумматор 11вторым входом подключен к выходу фильтра 7, а фазоинвертор 12 включен между выходом фильтра 6 и .первым входом сумматора 11. Входом ФСУ  вл етс  первый вход CNKCHтел  1, а выходами - выходы фильтров 6 и 7, а также выходы сумматоров 10 и 1-1, причем, два последовательных выхода  вл ютс  выходаки квадратурных сигналов.

Режим работы ФСУ выбирают таким, при котором уровень сигнала на входе ФСУ, т.е. На входе смесител  1, и уровень напр жени  генератора 9 посто нны, что обеспечивает высокую точность формировани  сигналов по амплитуде и угловому положений. Будем также считать, что модули и фазы коэффициентов передачи каналов одинаковы , это позвол ет не учитывать их вли ни  при анализе ФСУ.

Генератор 9  вл етс  общим гетеродином дл  всех трех смесителей ФСУ. Он формирует гармоническое гетеродинное напр жение посто ной амплитуды, которое поступает на вторые входы смесителей 2 и 3 непосредственно и на второй вход смесител  1 - через фазовращатель 8. С помощью фазовращател  8 измен ют на величину Ч начсшьную фазу поступающего .на смеситель 1 напр жени  генератора 9. На первый вход смесител ., который  вл етс  входом ФСУ, поступает гармонический сигнал посто нной амплитуды . В результате линейного преобразовани  на выходе смесител  1 получают сигналы комбинационных частот с одинаковыми, посто нными амплитудами и зеркально-симметричными -фазовыми сдвигами.. С помощью фильтров 4 и 5 обеспечивают чартотное разделение компонент комбинационных сигналов . Дл  определенности предположим , что фильтр 4 выдел ет суммарной комбинационной частоты, а фильтр 5 - сигнал разностной комби (нацирнной частоты, йаделенные компоненты поступают соответственно на первые входы смесителей 2 и 3, в кото .рых подвергаютс  линейному преобразованию . В результате преобразовани  на выходе смесителей 2 и 3 получают

5 сигналы комбинационных частот, причем , частота одного компонента в казедом из двух случаев равна частоте входного сигнала. Фильтры б и 7 настроены на сигналы комбинационных

0 частот, равные частоте входного сигнала , и вьадел ют их. Поэтому на выходах фильтров 6 и 7 будут иметь . место сигналы, которые можно представить соответственно выражени ми

y VV costuji4it-t4) tiJ 0 - vv cos (cwfe+ч- if) (a)

где V, О) ,4 - соответственно амплитуда, частота и фаза

входного сигнала; Vr - амплитуда напр жени 

генератора 9 ,

f - фазовый сдвиг, задаваevsta фазовращателем 8. Сигналы (1) и (2) обладают следующими свойствами.

1.Амплитудда пр мо пропорциональны амплитуде входного сигнала (поскольку амплитуда напр жени  генератора 9  вл етс  посто нной).

2..Амплитуды равны ме оду собой и не завис т от фазовых сдвигов.

3.Частота равна частоте входного сигнала.

АС 4. Аргументы не завис т от начальной фазы напр жени  генератора 9, но полностью содержат начальную фазу входного сигнала, т.е. при О выходные сигналы синфазны входнЬму сигналу. Это позвол ет регулировать начальную фазу сигналов .(1) и (2) изменением начальной фазы входного сигнёша ...

5. Начальные фазы сигналов (1) и (2) по отношению к начальной фазе

входного сигнала изменились на одинаковую величину Ч , задаваемую фазовращателем 8, но знаки этого изменени  противоположны, т.е. расположение выходных сигналов эеркально-симметричное относительно входного сигнала.

Claims (3)

1. 6. Взаимный фазовый сдвиг между сигнсшами (1) и (2)составл ет 24 , что ослабл ет требовани  к максимальному значению фазового, сдвига, вносимого фазовргицателем 8. Из сигналов (1) и (2) формируют два выходных сигнала, наход щихс  в квадратуре, т.е. такие, фазовый сдв между которыми равен 90. Дл  этого сигнал (1) суммируют с сигналом .(2) в сумматоре 10 и получают выходной сигнал U 2yv COSMc06(i«ttV; , (.3) а также суммируют их -в сумматоре 11 после инвертировани  сигнала (1) в фазоинверторе 12 и получают выходно сигнал U lVK Sin4cosCtwt+4-eo ) (4) Из сравнени  выходных сигналов ( 3) и (4 ) следует, что: их амплитуды завис т только от фазо , вого сдвига , вносимого фазовращателе 8, поскольку уровни вход11ого сигнала и напр жени  генератора 9  вл ютс  посто нными величинами/ при изл4енении величины амплитуда сигнала (3) измен етс  по косинусоид аль ному закону, а амплитуда сигнала (4) - по синусоидальному закону а их отношение - по закону тангенса или котангенса; начальна  фаза сигнала (3) равца начальной фазе входного сигнала, а начальна  фаза сигнала (4) отличаетс  .от начашьнЪй фазы сигнала (3) и входного сигнала на 90, т.е. выходные сигналы (3) и (4) наход тс  в квадратуре. Основной причиной откло-г нени  разности фаз сигналов (3) и (4 от 90  вл етс  неравенство амплитуд сигналов (1) и (2). Однако преимущество схемы предложенного ФСУ как раз и состоит в том, что она обеспечивает автоматическое поддержание равенства амплитуд сигналов (1) и (2). Поэтому квадратура сигналов (3) и (4 также обеспечиваетс  автоматически, т.е. при изменении фазы W фазовращателем В балансировка схемы, а следовательно , и квадратура сигналов З) и (4) сохран ютс . Максимально облегченные услови  формировани  сигналов (1) и (2) обес печивает получение сдвига фаз между сигналами (3) и (4) с высокой точностыо . Кроме того, ФСУ обеспечивает возможность установки различных уров ней сигналов (3) и (4) в широком динамическом диапазоне амплитуд при сохранении посто нной разности фаз 90° между ними..Эти ценные свойства существенно расшир ют функционгшьные возможности ФСУ и область его применени . На выходе ФСУ можно обеспечить четыре сигнала, наход щиес  в квадратуре . Рассмотрим два варианта их получени . Первый вариант состоит в том, что ФСУ дополнительно снабжено тре ,тьим и четвертым сумматорами и вторым фазоинвертором (не показаны) . Второй фазоинвертор входом подключен к выходу фильтра 7, а выходом - к . второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу фильтра б, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фазоинверторов , причем, выходы третьего и четвертого сумматоров также  вл ютс  выходами квадратурных сигналов ФСУ. Сигнал .(1) суммируют с сигналом (2) после инвертировани  последнего и на выходе третьего сумматора получают выходной сигнал Uy 2VV sinf cos (uu + Ц-аго ;, is) в четвертом сумматоре суммируют сигналы (,1) и (2) после инвертйрова;ни  каждого из них. В результате получают выходной сигнал l ilVV bOSHcos(oui-H(--f80°) ((,) Поскольку сигнал (6) противофазен сигналу (3) а сигнгп (5) противофазен сигналу (4), то полученные сигналы (З)-Сб наход тс  в (свадратуре. Амплитуды противофазных сигналов одинаковы и измен ютс  по одному и тому же закону. Высока  фазова  стабильность и возможность синхронного изменени  амплитуд противофазных сигналов позвол ет дополнительно расширить круг решаемых задач с помощью ФСУ. Второй вариант состоит в том, что полученную первую пару квадратурных сигналов (З) и (4) инвертируют, дл  чего на выходах сумматоров 10 и 11 следует включить инверторы. Дл  обеспечени  автоматической установки наперед згщанных уровней выходных сигналов (З)-(б) в ФСУ ввод т амплитудный дискриминатор (не показан), который входами подключен к выходам сумматоров 10 и 11, а выходом - к блоку управлени  фазовращател  8. Поступающие на входы амплитудного дискриминатора выходные сигналы ФСУ (З) и (4) .сравниваютс  по амплитуде. По разностному сигналу или по отношению уровней сигналов формируют напр жение ошибки, которое с выхода амплитудного дискриминатора поступает на вход блока управлени  фазовращател  8 и измен ет его состо ние, т.е. измен ет начальную фазу поступающего на смеситель 1 напр жени  генератора 9 до получени  напр жени  ошибки нулевого значени . Нулевому напр жению ошибки соответствуют такие уровни выходных сигналов ФСУ, какие заданы датчиком уровней (делителем, аттенюатором), наход щимс , напрлмер, в амплитудном дискриминаторе. Из анализа предложенного ФСУ слеует , что оно состоит из серийно ыпускаецфлх в различных частотных иапазонах узлов, к которым предъ в ютс  легко выполниглые требовани . хема ФСУ отличаетс  простотой в из-, готовлении, настройке и использовании . Формула изобретени  1.Фазосдвига1адее устройство по авт.св. №657541, отличающе ес  тем, что, с целью рас иирени  функционсшьных возможностей оно.сна жено фазоинвертором и вторым сумматором , причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра входы второго сумматора - к выходу четвертого фильтра и к выходу фазоинвертора .
2. 2.Устройство по п.1, отличающеес  тем, что, с целью дополнительного расширени  функциональных возможностей оно снабжено третьим и четвертым сумматорами и 8 вторым фазоинвертором, который входом подключен к выходу четвертого фильтра, а выходом - ко второму входу третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго фильтра, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фазоинверторов.
3. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т личающеес  тем, что, с целью автоматизации установки заданного отнс  ени  амплитуд -Ьыходных сигналов, оно снабжено амплитудным дискриминатором , входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - ко входу блока управлени  фазовращател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №657541, кл. Н 02 М 1/08, 1976.