Датчик фазы

(51) Е ИЗОБР Л АТЕНТУ радиотехнике этических со- иопередатчиГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(73) Александровский научно-исследовательский институт телевизионной техники(56) Финкельштейн А.А., Гиршман Г.Х. Антенные контуры широкодиапазонных коротковолновых передатчиков, М.-Л.:Энергия,1960, с.231-233, рис.8-9,(57) Изобретение отноЦель изобретения -полосы частот датчик Изобретение относится ки может применяться в автомгласующих устройствах радков.Известен датчик фазы, наиболее близкий по технической сущности к предложенному устройству и выбранный в качестве прототипа. Датчик содержит провод фидера, фазосдвигающий трансформатор тока со средним выводом вторичной обмотки, емкостный делитель напряжения и диодный дифференциальный выпрямитель,Недостатком известного устройства является частотная зависимость чувствительности датчика фазы, ограничивающая его рабочую полосу частот..Цель изобретения - расширение рабочей полосы частот датчика фазы. При этом появляется возможность получения малых габаритов, массы, потребляемой мощности, простоты настройки и надежности работы датчика. Ы 17 гаЛ 7 Аз жит отрезок фидерной линии, трансформатор тока, первый делитель напряжения, состоящий из конденсатора и резистора, второй делитель напряжения, состоящий из катушки индуктивности и резистора. дифференциальный выпрямитель, включающий в себя два диода, два резистора. два конден-. сатора, дроссель и дифференциальный выпрямитель. Цель изобретения достигается за счет того, что на дифференциальный выпрямитель подаются напряжения с широкополосных устройств - трансформатора тока и с диагонали моста, который образуется первым и вторым делителями напряжения.2 ил,ФсУкаэанная цель достигается тем, что в известном датчике фазы, содержащем проводфидера, подключенный к обмотке трансформатора тока со средним выводом. первый вывод которого через последовательно соединенные первый диод, включенный в прямом направлении, параллельно соединенные первый резистор и первый конденсатор; параллельно соединенные второй резистор и второй конденсатор и второй диод, включенный в обратном направлении, соединен с вторым выводом трансформатора тока, средний вывод которого через третий конденсатор подключен к проводу фидера, катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с точкой соединения первого и второго резисторов, введены между общей шиной и средним выводом трансформатора тока третий резистор, между общей шиной и точкой соединения первого и второго резисторов четвертый резистор, дифференциальныйнапряжением на нагрузке фидера; 01, 02- напряжения на концах вторичной обмотки трансформатора тока относительно среднего вывода; Оэ, 04 - напряжения на третьем 5 и четвертом резисторах соответственно;.Од 1, Оц 2 - напряжения на первом и втором . диодах соответственно.Датчик фазы работает следующим образом.10 На каждый из диодов 3 и 4 подаетсяпеременное напряжение, являющееся геометрической суммой половины напряжения вторичной обмотки трансформатора 2 тока и напряжения между точкой соединения 15 конденсатора 11 и резистора 7 и точкой соединения катушки индуктивности 12 и резистора 8, Напряжения, подаваемые на диоды 3 и 4 с трансформатора тока 2, противофазны, так как отсчитываются относительно 20 среднего вывода его вторичной обмотки.Эти напряжения находятся всегда одно в фазе, другое в противофазе с током в нагрузке фидерной линии (сумма величин сопротивлений резисторов, шунтирующих 25 вторичную обмотку трансформатора тока 2,значительно меньше индуктивного сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока на минимальной частоте рабочего диапазона).30 Напряжение между точкой соединенияконденсатора 11 и резистора 7 и точкой соединения катушки индуктивности 12 и резистора 8 сдвинуто на 90 относительнонапряжения на нагрузке фидера, если реак тивное сопротивление катушки индуктивности 12 и конденсатора 11 на минимальной частоте рабочего диапазона значительно больше сопротивления резистора 7 и резистора 8 соответственно. Это видно из рас смотрения коэффициента передачи К(в)цепи, состоящей из элементов 11, 7, 8. 12: К(й)усилитель, выход которого является выходом датчика фазы, прямой и инверсный входы дифференциального усилителя подключены к катодам первого и второго диодовсоответственно, причем второй вывод катушки индуктивности соединен с проводомфиде ра.Трансформатор тока в отличие от прототипа выбран нефаэосдвигающим (напряжения на концах вторичной обмоткитрансформатора тока относительно егосреднего вывода находятся одно в фазе дру,гое в противофазе с током фидерной линии,что достигается известным способом шунтирования вторичной обмотки трансформатора тока достаточно малым по сравнениюс индуктивным сопротивлением этой обмотки резистором). Необходимый для работыдатчика фазы фазовый сдвиг на 90 (причисто активной нагрузке фидера) между напряжениями, подаваемыми на первый и второй диоды и снимаемыми: одно странсформатора тока, другое - с третьего ичетвертого резисторов, обеспечивается выбором малых величин этих резисторов посравнению с реактивным сопротивлениемсоединенных с ними третьего конденсатораи катушки индуктивности. Существенно отличается от прототипа назначение катушкииндуктивности и ее соединение в схеме дат. чика. Если в прототипе она служит дросселем, замыкающим цепи постоянного токадиодов и блокирующим прохождение высокочастотных токов, то в предложенном устройстве катушка индуктивности являетсяэлементом высокочастотного делителя напряжения, подаваемого на диодц, а постоянные составляющие токов диодов замыкаютсячерез третий и четвертый резисторы. 8 такойконструкции недопустимо соединение нагрузок диодов(первого или второго резисторов) с общей шиной, поэтому разностьнапряжений на нагрузках диодов формируется с помощью дифференциального усилителя; 4На фиг 1 изображена схема электрическая датчика фазы; на фиг, 2 представленывекторные диаграммы напряжений и токовв датчике фазы,Датчик фазы содержит отрезок фидерной линии 1, трансформатор тока 2, первыйдиод 3, второй диод 4, первый резистор 5,первый конденсатор 9, второй резистор 6,второй конденсатор 10, третий конденсатор11, третий резистор 7, четвертый резистор 58, катушку индуктивности 12, дифференциальный усилитель 13,На векторных диаграммах фиг.2 обозначено: 1 я,.Он - ток и напряжение на нагрузкефидера; у) - фазовый угол между током и В 1 о В В 1 ц + у В + 1 гО 1-12 д) (О) В 10 С 9+ ) В вЬ 2.12 индуктивность катушки 12 и где учтены условияа 1.цВ; 1/и Св В 1 оПри чисто ективной нагрузке фидерной линии, когда ток 1 н и напряжения Он совпадает по фазе (фиг.2 а), геометрические суммы напряжений, подаваемых на диоды 3 и 4, соответственно ОЦ 1 и Орг, равны, равны и1794277 10 20 25 30 унтируюрматора ндуктив жения (2) вчастотают. Одсредней ношение цувствиракению ществля- . 5 ы индукфиде- мато- ывод выпрямленные напряжения на реэисторах 5 и 7 (если величины сопротивления этих резисторов и величины емкости конденсаторов 9 и 10 соответственно равны), а выходное напряжение дифференциального 5 усилителя 13 равно нулю. При появлении фазового сдвига между током и напряжением в фидерной линии напряжения на диодах З.и 4 становятся неравными (фиг.2 б,в), и выходное напряжение дифференциального усилителя 13 становитея больше или меньше нуля в зависимости от направления ухода фазового сдвига между током и напряжением в Фидерной линии. Цель изобретения, т.е. работа датчика фазы в более широкой полосе частот, обеспечивается эа сцет более слабой частотной зависимости напряжения между тоцкой соединения конденсатора 11 и резистора 7 и точкой соединения катушки индуктивности 12 и резистора 7. по сравнению с выходным напряжением фазосдвигающего трансформатора тока в прототипе, Первое напряжение зависит от частоты в соответствии с Формулой (1), второе - линейно.Можно показать, что чувствительность датчика фазы в предлагаемом устройстве определяется Формулой: 1+ВоС(1 +й 4/а датчика фазы в прототипе формуло 2 Мно1+(М 1.) где В - величина сопротивления,ш щего вторичную обмотку трансфо тока; во =И.12 С 9; М - вэаимои ность обмоток,Сравнивая между. собой выра и (3), можно видеть, что при аоные характеристики (2) и (3) совпад нако, если выбрать ао равной частоте рабочего диапазона, т.е. от оъ/м порядка 1, то зависимость тельности от частоты согласно вы (2) можно значительно снизить.Регулировку датчика фазы осу ют следующим образом. Величин формула из о б рете н ия Датчик фазы, содержащий провода, индуктивно связанный с трансфоом тока со средней точкой, первый тивности12 катушки 12 и емкости С 9 конденсатора 11 выбирают исходя из выракения йо = 1 Й.12 С 9, где жо = 40 мин омакс, Жмин, ОЪакс - минимальная и максимальная частоты рабочего диапазона. На частоте аь и при нагрузке фидера, равной волновому сопротивлению фидера, измеряют напряжение на резисторе 7 (резисторе 8), Измеряют напряжения на концах обмотки трансформатора тока относительно его среднего вывода и регулируют каждое из этих напряжений. до значения приблизительно в два раза большего, чем напряже. ние на резисторе 10 (в этом случае напряжения, подаваемые на диоды 3 и 4 с трансформатора тока 2 и с делителя напряжения, образуемого элементами 9 - 12, будут приблизительно равными), Такая регулировка. осуществляется поочередным изменением величины резисторов, шунтирующих трансформатор тока 2, При этом напряжения на концах обмотки трансформатора тока 2 должны быть установлены равнь 1 ми и суммарная величина сопротивления шунтирующих резисторов должна быть знацительно меньшей реактивного сопротивления индуктивности вторичной обмотки трансформатора тока 2 на минимальной рабочей частоте.Датчик выполняется по схеме Фиг.1, при этом резисторы, шунтирующие вторичную обмотку трансформатора тока 2, должны быть переменными. В диапазоне частот коротких волн параметры составных цастей датчика фазы могут быть выбраны следующими:. - трансформатор тока 2 может быть выполнен на ферритовом кольце 1000 Н Н К 7-4- 2; вторичная обмотка 25 витков, первичная - фидер, проходящий внутри кольца, шунтирующие резисторы - не более нескольких сотен, Ом; величина сопротивление резисторов 7 и 11 - несколько десятков Ом при величине индуктивности катушки 12 в несколько десятков микрогенри и величине емкости конденсатора 11 в несколько десятков пикофарад, диоды 3 и 4 могут быть типа 2 Д 522, резисторы 5 и 7 могут иметь величину в несколько десятков кОм, дифференциальный усилитель 13 можно выполнить на микросхеме типа 140 УД 12,которого через последовательно соединенные,первый диод, включенный в прямом направлении, параллельно соединенные первые резистор и конденсатор, параллель, Гунько Заказ 534 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушсквя наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 но соединенные вторые резисторы и конденсатор и второй диод, включенный в обратном направлении, соединен с вторым выводом трансформатора тока, средний вывод которого через третий конденсатор подключен к проводу фидера, катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с точкой соединения первого и второго резисторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, введены между. общей шиной и средУ ним выводом трансформатора тока третий резистор., между общей шиной и точкой соединения первого и второго резисторов четвертый резистор, дифференциальный усилитель, выход которого является выходом датчика фазы, прямой и инверсный входы дифференциального усилителя подключены к катодам первого и второго диодов соответственно, второй вывод катушки индуктивности соединен с проводом фидера, .