Преобразователь разности фаз в напряжение

А 2 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 012738 19) 04 С 01 К 25 00 БРЕТЕН И АНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1045158, кл. С 01 К 25/00, 1982.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ фАЗВ НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз. Является дополнительным по авт.св.И 1045158. Целью изобретения являетсярасширение рабочего диапазона частотпреобразователя разности фаэ в нап-ряжение. Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее аналоговый запоминающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор4, переключатель 5, операционные усилители 6, 7, источник порогового напряжения, резистор 12, дополнительновведены пороговые блоки 9, 10, блок11 управления, а резистор 12 выполненуправляемым. В описании изобретениятакже раскрыты блоки 1,9,10,11.Устройство позволяет производить преобразование фазового сдвига сигналовв напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот независит от частоты входных сигналов.Рабочий диапазон частот в устройствена несколько порядков шире за счетавтоматического регулирования постоянной времени интегрирования. 2 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использо" вано в аналоговых и цифровых приборах для измерения разности фаз.Целью изобретения .является расши рение рабочего диапазона частот преобразователя разности фаз в напряжение.На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя разности фаз в 10 напряжение; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, где а - сигнал на втором входе переключателя, б - сигнал на выходе одновибратора, в - сигнал на втором входе аналогового запоминающего блока, г - сигнал на выходе аналогового запоминающего блока.Преобразователь разности фаз в напряжение содержит аналоговый эапо минающий блок 1, одновибратор 2, формирователь 3, конденсатор 4, переключатель 5, первый .и второй операционные усилители 6 и 7, источник 8 опор-.25 ного напряжения, первый и второй пороговые блоки 9 и 10, блок 11 управления и управляемый резистор 12.Аналоговый запоминающий блок 1 содержит ключ 13, буферный усилитель 14 и конденсатор 15.Блок 11 управления содержит опера" ционный усилитель 16, первый, второй и третий резисторы 17, 18, 19, конденсатор 20, четвертый резистор 21, светодиод 22, пятый и шестой реэисто- З 5 ры 23 и 24.Первый пороговый блок 9 содержит компаратор 25, резисторы 26 и 27.Второй пороговый блок 10 содержит компаратор 28, резисторы 29 и ЗО.и 4 О инвертор 31.Выход аналогового запоминающего блока 1 соединен с выходной клеммой устройства, первый вход через одно- вибратор 2 соединен с выходом формирователя 3, входы которого соединены с входными клеммами устройства, второй вход аналогового запоминающего блока 1 соединен с первой обкладкой конденсатора 4 и первым выводом пе реключателя 5, вторым, третЬим, четвертым выводами соединенного соответственно с выходами формирователя 3, первого операционного усилителя 6, второго операционного усилителя 7, 55 при этом источник 8 опорного напряжения соединен с прямым входом второго операционного усилителя 7, инверсный вход которого соединен с второйобкладкой конденсатора 4, и инверсным входом первого операционного усилителя 6, прямым входом соединенногос общей шиной, первый пороговый блок9 и второй пороговый блок 10 выходами соединены блоком 11 управления,выходной ток которого определяет сопротивления управляемого резистора12, соединяющего выход аналоговогозапоминающего блока 1 с инверснымивходами первого и второго операционных усилителей 6 и 7, инверсный входпервого порогового блока 9 соединенс прямым входом второго пороговогоблока 10 и первой обкладкой конденсатора 4, а прямой вход первого порогового блока 9 соединен с клеммой положительного порогового напряжения,при этом инверсный вход второго порогового блока 10 соединен с клеммойотрицательного порогового напряжения.В аналоговом запоминающем блокевыход ключа 13 соединен с входом буферного усилителя 14 непосредственнои через конденсатор 15 - с общей шиной, при этом входами аналоговогозапоминающего блока 1 являются входыключа 13, а выходом - выход буферногоусилителя 14,В блоке 11 управления операционныйусилитель 16 прямым входом соединенс общей шиной, а инверсным - с реэис"торами 17, 18, 19 и конденсатором20, другой обкладкой соединенным свыходом операционного усилителя 16,и через последовательно соединенныечетвертый резистор 21 и светодиод22 - с отрицательной шиной питания,первый вход блока 11 управления соединен с вторым выводом первого резистора 17 и через пятый резистор 23 -с положительной шиной питания, второйвход блока 11 управления соединен свторым выводом второго резистора 18,1через шестой резистор 24 - с положительной шиной питания.В пороговом блоке 9 прямой входкомпаратора 25 через резистор 26 соединен с клеммой положительного порогового напряжения У,1, а через резисП 1 фтор 27 - с выходом компаратора 25,являющегося выходом порогового блока9, инверсным входом которого являетсяинверсный вход компаратора 25.В пороговом блоке 10 инверсныйвход компаратора 28 через резистор29 соединен с клеммой отрицательного3836обеспечения устойчивости системы автоматического регулирования.Таким образом, система автоматического регулирования так изменяетпостоянную времени заряда - разрядаинтеграторов на операционных усилителях б, 7 чтобы обеспечить режим ихработы близким к оптимальному длявсего рабочего диапазона частот входных сигналов, исключая воэможностьвхода операционных усилителей 6, 7 внасыщение и резкого ухудшения точности преобразования.В установившемся режиме предлагаемое устройство работает аналогичноизвестному. Формирователь импульсов3 формирует импульсы длительностьюьТ, пропорциональной фазовому сдвигумежду входными сигналами (фиг,2 а),кроме того, формирователь импульсов3 и одновибратор 2 вырабатывают последовательность импульсов записи спериодом, равным периоду входных сигналов (фиг,2 о).Переключатель 5 осуществляет подключение конденсатора 4 к выходамоперационных усилителей 6 и 7. В течение интервала времени Т -Т конденосатор 4 подключен к выходу операционного усилителя 6. В результате напряжения на выходе операционного усилителя (фиг.2 6) изменится на величину 127 порогового напряжения ц . и черезрезистор 30 и инвертор 31 с выходомкомпаратора 28, являющегося выходомпорогового блока 10, прямым входомкоторого является прямой вход компаратора 28.Преобразователь разности фаэ внапряжение работает следующим образом.Если в неустановившемся режиме 10работы частота входных сигналов велика, то амплитуда напряжения на первойобкладке конденсатора 4 мала и непревышает пороговых напряжений цП 1ц вследствие малых времен его заря ддя-разряда, входы блока 11 управлениязакорочены на общую шину, компараторы 25, 28 имеют "открытый выход", Вэтом случае ток, протекающий черезрезистор 19, медленно изменяет напря жение на выходе операционного усилителя 16, увеличивая излучение светодиода 22, уменьшая сопротивление резистора 12. Постоянная времени интегрирования операционных усилителей 6, 257 медленно уменьшается, амплитуданапряжения на втором входе блока 1увеличивается до тех пор пока онапо модулю не превысит один из пороговых уровней Цп , цп . При этом сра- зОп,ф пбатывают соответствующие компараторы25, 28, а к входу операционного усилителя 16 начинает протекать ток отположительного источника питания,,Напряжение на выходе операционногоусилителя 16 начинает уменьшаться,светодиод 22 уменьшает излучение,сопротивление резистора 12 уменьшается, уменьшая амплитуду напряжения навтором входе блока 1. Для устранения 4 Офдребезга" пороговых блоков 9, 10 иобеспечения устойчивой работы системыавтоматического регулирования блоки9 и 10 имеют гистереэис. Гистерезис срабатывания обеспечивается цепями: резисторы 26, 27, резисторы 29, 30 и инвертор 31,Постоянная времени зарядаинтегратора на операционном усилителе 16 5 О через резисторы 24, 18, 23, 17 примерно на порядок больше максимально возможного периода входных сигналов. Постоянная времени заряда через ре" .зистор 19 примерно на четыре - пять 55 .порядков больше максимально возможного периода входных сигналов. Эти постоянные времени выбираются иэ условий Т -Товых - , фгде ц- напряжение на выходе блока 1;с - постоянная времени интегрирования.В интервале времени Т.-Т конденсатор 4 подключен к выходу операционного усилителя 7, За этот интервал времени напряжение на выходе операционного усилителя 7 (фиг.26) изменяется на величину ьц =ц +(ц -ц ) ---Т-Т,2 о о Еыхгде ц, " величина напряжения источника опорного напряжения,В интервале Т -Тд конденсатор 4опять подключен к выходу операционно,го усилителя 6. В результате напряжение на его выходе изменяется навеличину Т-Т,ац =-ц -ц з о выл Аналоговый блок 1 осуществляет операцию выборки и хранения выходного1273836бвание фазового сдвига входных сигналов в напряжение, причем результат измерения в широком диапазоне частот не зависит от частоты входных сигналов. Рабочий диапазон частот вустройстве на несколько порядков шире за счет автоматического регулирования постоянной времени интегрирования,5напряжения операционного усилителя Ь (фиг.2). В результате для установившегося режима справедливо следующее выражениедЦ +дЦ +АЦ =0с д 3 х откуда Т -Т дТ Ц лЦ Й 1 щЦ а ссьсх с ТТдТ п п н 1 О Ф о Р м у л а и з о б Р е т е н и яС учетом того, что Т пропорциональсРиРЯСоставитель М.Катанова едактор Н.Швьщкая Техред М.Ходанич рректор Ае 0 бру 42 Тираж 728ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений30 5, МоскваЖ, Раушс каз 64 Подпис митета СССР открытий ая наб., д. 4,Прои одственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек Ф но фаэовому сдвигу между входными напряжениями Ц, и Ц , функция преобразования имеет вид151 Ц:.аюаеЦ а ц 7Ьсссх 2 ЯСледовательно, полученный результат зависит только от величины опорного напряжения, стабильность которого мо О жет быть настолько высока, чтобы практически не влиять на точность преобразования.Полученный результат измерения не зависит от частоты входных сигналов25 в широком диапазоне частот, пока система автоматического регулирования может обеспечить нормальный режим работы операционных усилителей 6, 7.30Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить преобразодссс Преобразователь разности фаз в напряжение по авт.св. У 1045158, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, в него введены первый и второй пороговые блоки и блок управления, а резистор выполнен управляемым, при этом выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с входами блока управления, выход которого оптически связан с управляемым резистором, а инверсный вход первого порогового блока и прямой вход второго порогового блока соединен с первой обкладкой конденсатора, при этом прямой вход первого порогового блока соединен с шиной положительного порогового напряжения, а инверсный вход второго порогового блока соединен с шиной отрицательного порогового напряжения.1