Устройство сдвига фазы на 90

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 1800386 А В 25 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО СДВИГ (57) Использование: рад техника, для сдвига фазы изобретения: устройство вигающий элемент (1), уп тель 2 напряжения, су фазовые детекторы 6,7, и управляемый усилитель 10 ледовательский М,Баташев тво СССР 04, 1988. О С)(56) Авторское сМ. 1511705, кл. 6 л, М 9научно-ивязинкои Б,видетель01 й 25/ А ФАЗЫ НА 90 оизмерительнаяна 900, Сущность одержит фазосдравляемый делимматоры 3, 4, 5 нтеграторы 8, 9, .3 ил.Изобретение относится к радиоизмерительной технике.Целью изобретения было расширение функциональных возможностей за счет обеспечения постоянной амплитуды выходного сигнала,Цель достигается тем, что в устройство введены второй фазовый детектор, второй интегратор и управляемый усилитель, а также второй и третий сумматоры, первые входы которых соединены с входом устройства, вторые входы - с выходом устройства, а их выходы - с входами второго фазового детектора, выход которого через второй интегратор соединен с управляющим входом управляемого усилителя, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с выходом устройства. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 и 3 - векторные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство для сдвига фазы на 90 содержит фазосдвигающий элемент 1, управляемый по модулю и знаку коэффициента передачи делитель 2 напряжения, первый сумматор 3, второй сумматор 4, третий сумматор 5, первый фазовый детектор 6, второй фазовый детектор 7, первый интегратор 8, второй интегратор 9 и управляемый усилитель 10. Вход устройства соединен с входами фазосдвигающего элемента 1, управляемого делителя 2 напряжения, первыми входами второго и третьего сумматоров 4 и 5 и первого фазового детектора 6, Выходы фазосдвигающего элемента 1 и управляемого делителя 2 напряжения соединены с входами первого сумматора 3, выход которого соединен с входами первого фазового детектора 6 и управляемого усилителя 10, Выход последнего соединен с выходом устройства и вторыми входами второго и третьего сумматоров 4 и 5, выходы которых соединены с входами второго фазового детектора 7, выход которого через второй интегратор 9 соединен с управляющим входом управляемого усилителя 10.Первый сумматор 3 и второй сумматор 4 по обоим своим входам имеют коэффициенты передачи, равным+1. Третий сумматор 5 по первому своему входу имеет коэффициент передачи, равный -1, а по своему второму входу - ра вн ы й +1.Устройство работает следующим образом.Работа элементов по созданию фазового сдвига между входным и выходным сигналами точно на 90 иллюстрируется фиг,2. На фиг,2 символами Овх, О 1, Ог и Оз обозна чены сигналы соответственно на входе устройства, на выходе устройства, на выходе фазосдвигающего элемента 1, на выходе управляемого делителя 2 напряжения и на вы ходе первого сумматора 3.Пусть на входе устройства действуетсигнал вида Овх=Асоз а,т,10 О 1 = Асоз ( аэ О т + 90 - Л ср) (2) В соответствии с логикой работы первого сумматора 3, первого фазового детектора 6 и первого интегратора 8, нэ выходе управляемого делителя 2 напряжения действует сигнал вида Ог = з 1 п (- Лр) Овх =, -зп Лр А соз о о т30(3) Тогда сигнал на выходе первого сумматора 3 сдвинут точно на 90 относительно входного сигнала Овх.Действительно, полагая, что(4) Оз =.О 1+ Ог и подставляя выражения (2) и (3) в (4), пол 40 Оз = А соз Лср зп в о с. Анализ выражения (5) показывает, что 45 хотя сигнал на выходе первого сумматора 3сдвинут относительно входного сигнала, описываемого выражением(1), точно на 90, амплитуда выходного сигнала связана с расстройкой Лр зависимостью соз Лгр и уменьшается до недопустимо малых величин при больших Лр, что делает в этих случаях устройство практически неработоспособным.Рассмотрим теперь работу введенныхблоков 4, 5, 7, 9 10, образующих цепь эвтоподстройки амплитуды выходного сигнала Овых. При этом сигнал Оз с выхода первого сумматора 3 поступает на выход устройства где А - амплитуда сигнала на входе устройства;М о - круговая частота,и пусть фазосдвигающий элемент 1 имеет расстройку Лр (вследствие изменения частоты входного сигнала либо вследствие изменения номиналов фазосдвигающей цепи). В этом случае сигнал на выходе фазосдвигающего элемента 1 имеет вид 20(сов 60 ) 100= 50 ,не непосредственно, а через управляемый усилитель 10.Пусть в начальный момент времени на выходе второго интегратора 9 присутствует нулевое напряжение, т.е, на управляющем 5 входе усилителя 10 присутствует нулевой уровень, В этом случае коэффициент усиления управляемого усилителя 10 равен 1 и, следовательно, на выходе устройства повторяется сигнал Оз с входа усилителя 10: 10 Подставляя выражение (5) в равенствоО= А.сов Л р зп во т. Данная ситуация показана на векторной диаграмме на фиг.З, При этом на выхо дах второго и третьего сумматоров 4 и 5 появляются сигналы О 4 и О 5, определяемые правилами и показанные в виде векторов на фиг,З,В силу неравенства амплитуд сигналов 30 Овх и Оз (см. фиг.2) вектОРы О 4 и О 5 неоРтогональны(см. фиг.З), Сигнал, равный синусу угла неортогональности векторов О 4 и О 5 (т.е. равный зп (90 - О 40 О 5), выделяется вторым фазовым детектором 7 и после ин тегрирования во втором интеграторе 9 поступает на управляющий вход управляемого усилителя 10, замыкая тем самым обратную связь цепи автоматического регулирования амплитуды сигнала Овых. Работа цепи фаза вый детектор 7 - интегратор 9 - управляемый усилитель 10 не отличается от работы цепи фазовый детектор 6 - интегратор 8 - управляемый делитель 2 в прототипе,Поскольку векторы О 4 и О 5 становятся 45 ортогональными лишь в случае равенства амплитуд сигналов Ов, и Овых, то сигнал на управляющем входе усилителя 10 постоянно поддерживается таким, что сигнал Оз усиливается до уровня Овх. При этом сигна лы на выходах второго и третьего сумматоров О 4 и О 5 становятся ортогональными (см, фиг.З), а автоматическое выполнение РВВЕНСтВа Овых = Овх ПОДДЕРжИВВЕтСЯ ВТО- рым фазовым детектором 7 через второй 55 интегратор 9 и управляющий вход управляемого усилителя 10,Таким образом, происходит автоматическое поддержание неизменной амплитуды выходного сигнала.Неизменность выходного сигнала (и ее инвариантность к частоте входного сигнала) выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, Во-первых, заявляемое устройство обеспечивает высокие рабочие характеристики при использовании в нем в качестве фазосдвигающего элемента 1 про. стых и дешевых устройств.В качестве примера рассмотрим выполнение фазосдвигающего элемента 1 в видел/2 линии задержки на время 1 з =Ио где во = 2 7 г 1 о - центральная частота рабочего диапазона устройства.Линия задержки является простым устройством и часто на практике выйолняется в виде отрезка коаксиального кабеля.Во-вторых, предположим что частота ввх выходного гармонического сигнала Овх меняется в диапазоне оь (1 ч 2/3). В соответствии с известной формулой . 0 = ввх т з это приводит к изменению фазового сдвига, создаваемого фазосдвигающим элементом 1, в тех же пределах Из последней формулы следует, что изменение частоты входного гармонического сигнала Овх на 2/3 относительно центральной частоты приводит к появлению погрешности Ьр фазосдвигающего элемента 1 (относительно 90 ) величиной +. 60 оВ соответствии с формулой (5) в этом случае изменение амплитуды выходного сигнала от номинального уровня составит что существенно ограничивает область применения устройства (в частности, делает невозможным его использование в системах квадратурной обработки сигналов с меняющейся частотой),Таким образом, вторым преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом является возможность его работы в диапазоне частот.В-третьих, заявляемое устройство способно работать в более широком диапазоне1800386 А г. Составитель Н.ПархоменкоТехред М.Моргентал Корректор С,Лис едакт Заказ 1162 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Пат г. Ужгород, ул.Гагарина,температур, давления и других дестабилизирующих факторов, вызывающих изменение Лср фазосдвигающего элемента 1, поскольку увеличение погрешности Лср фазосдвигающего элемента 1 не приводит к изменению амплитуды выходного сигнала,Формула изобретения Устройство сдвига фазы на 90, содержащее фазосдвигающий элемент, фазовый детектор, интегратор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, один из входов которого соединен с входом фазосдвигающего элемента, являющегося входом устройства, делитель, управляемый по модулю и знаку коэффициента передачи, вход которого также подключен к входу устройства, а выход - к одному из входов сумматора,к второму входу сумматора подключен выход фазосдвигающего элемента, а выход сумматора подключен к второму входу фазового детектора, от л и ч а ю щ е е с я тем, 5 что, с целью расширения функциональныхвозможностей за счет обеспечения постоянной амплитуды выходного сигнала, в него введены второй фазовый детектор, второй интегратор, управляемый усилитель, а так же второй и третий сумматоры, первые входы которых подключены к входам устройства, вторые входы - к выходу устройства, а их выходы - к входам второго фазового детектора, выход которого через 15 второй интегратор соединен с управляющим входом управляемого усилителя, вход которого соединен с входом первого сумматора, а выход - с выходом устройства.