Преобразователь фазового угла в постоянное напряжение

,:.1., тЩ И" С А О П И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоаетскннСоцналистнческннРеспубпнк 765747 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свыд-ву -1)М. Кл,) Зая влено 07,08.78 (21) 2652739/18 25/00 с присоединением заявки Ю есудврстеенный котенте СССР но делам нэобретвннй н аткрытнй,78 (088 8) ата опубликования описания 23.0 72) Авторы изобретен И. Зотиков и А, В. Кулешов аявител(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗОВОГО У В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ устройства. Невысокая точность преобразования фазового угла в постоянное напряжение, которая уменьшается с уменьшением частоты обусловлена разрядом конденсатора аналогового запоминающ его устройства.Известно также устройство, содержащее вход. ные формирователи импульсов, два усилителя- интегратора с разрядными ключами в цепи обратной связи, входы которых подключены к источникам напряжения разной полярности, причем выход первого из усилителей-интеграторов подключен непосредственно, а второго через ключ к входу схемы фиксации аналогового сигнала 12. Выход первого формирователя импульсов подключен к управляющим входам ключей, стоящим в цепи обратной связи первого усилителя-интегратора и на входе схемы фйксации аналогового сигнала. Выход второго формирователя импульсов подключен к управляющим входам ключей, стоящим в цепи обратной связи и на выходе второго усилителя. интегратора, Невысокая вания этог Изобретение относится к электрическим измерительным преобразователям, в частности, к преобразователям фазового угла двух электрических сигналов в напряжение.Изобретение предназначено для автоматизированных систем измерения, управления и контро 5 ля. Кроме того, оно может найти применение при исследовании систем автоматического регулирования частотными методами,Известно устройство, состоящее иэ каналаО формирования линейно изменяющегося напряжения, который содержит два источника эталонного напряжения разной полярности, соединенных через ключ с входом интегратора, в цепь обратной связи которого включен компенсатор по стоянной составляющей 11. Выход первого датчика через усилитель соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу ключа.Выход интегратора соединен с входом аналогового запоминающего устройства, а выход втО- рого датчика через усилитель соединен с управляющим входом аналогового запоминающего устройства, выход которого является выходом очность измерения (преобразотройства обусловлена наличием765747 3схемы фиксации аналогового ситнала, в связи с тем, что выходное напряжение схемы фиксации аналогового сигнала, пропорциональное фазовому углу, снимается с конденсатора, Напряжение на конденсаторе в течение периода5 не остается постоянным так происходит разряд конденсатора через параллельно подключенное сопротивление, величина которого не явля. ется бесконечной, Конденсатор разряжается в течение периода тем больше, чем ниже частота исследуемого сигнала. Поэтому погрешность измерения увеличивается особенно на инфраниф ких частотах.Целью изобретения является повышение точности преобразования фазового угла в напряжение.Достигается это тем, что в преобразователь фазового угла в постоянное напряжение, содержащий первый и второй формирователи импульсов, три усилителя интегратора, источник эталон- о ного напряжения, четыре ключа, два из которых включены в цепи обратной связи двух усилителей-интеграторов, а третий подключен к входу третьего усилителя-интегратора, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, 2 Б элемент. совпадений, нуль-орган, триггердва ключа, три дифференцирующие цепочки, два диода, притом входы всех трех усилителей-интеграторов соединеныс источником эталонного напряжения через третий, четвертый и пятый клю- ЗО чи, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к входам первого аналого. вого сумматора, подсоединенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход перв ого аналогов ого сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из входов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего усилителя-интегратора с шестым ключом в обратной связи, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход кото. рого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифференцирующую це. почку, а выход - к управляющему входу третьего ключа, причем управляющий вход шестого ключа подсоединен к выходу элемента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управляющим входам четвертого и пятого ключей и через дифференцирующие цепочки - к управляющим входам первого и второго ключей. На чертеже дана структурная электрическаясхема предлагаемого преобразователя.В ее состав входят формирователи импуль 55сов 1 и 2, электронные ключи 3 - 8, усилителиинтеграторы 9, 10, 11, аналоговые сумматоры12, 13, источник 14 эталонного напряжения,инвертор 15, нуль-орган 16, триггер 17, эле 4мент совпадений 18, дифферешшрующие це.почки 19 - 21, диоды 22.23.Работает преобразователь следующим обра.зом,На входы формирователей импульсов 1 и 2.поступают периодически изменяющиеся напряжения одной частоты, но сдвинутые по фазе,из которых формируются напряжения прямо.угольной формы одной полярности. Эти импульсы поступают на управляющие входыэлектронных ключей 3 и 4, которые поперемен.но подключают к входам интеграторов 9 и 10эталонные напряжения разной полярности, Причем, с приходом импульса на вход усилителяинтегратора 9 прикладывается напряжение отрицательной полярности, а с приходом импульса на вход усилителя-интегратора 10 должнопоступать напряжение положительной полярности. Когда импульсы на выходе формирователей1 и 2 отсутствуют, напряжения, прикладываемыек входам усилителей-интеграторов 9 и 10, изменяются на противоположную полярность,В результате интегрирования полученных прямоугольных импульсов на выходе усилителя-интегратора 9 образуется напряжение треутольной формы положительной полярности, а на выходе усилителя-интегратора 10 - отрицательной поляр. ности. При подключении к входу усилителя-интегратора 9 напряжения отрицательной полярности, происходит процесс интегрирования, в результате чего выходное напряжение усилителя-интегратора положительного знака нарастает по линейному закону от нулевого уровня, При смене полярности входного напряжения изменяется направление интегрирования и выходное напряжение линейно уменьшается до нулевого уровня, Если по каким-либо причинам выходное напряжение усилителя-интегратора не дойдет до нулевого уровня, то в результате открывания ключа б произойдет принудительная фиксация нулевого уровня выходного напряжения. Этот ключ открывается на короткое время импульсами, поступающими с дифференцирующей цепочки 19, которые получаются от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 1, Поскольку ключ 6 является проводящим для входного напряжения любого знака, при наличии сигнала на управляющем входе ключа, производится автоматичес/кая привязка выходного напряжения усилителя- интегратора 9 к нулевоМу уровню, и поэтому его выходное напряжение имеет треугольную форму положительной полярности,Аналогичным образом работает схема, состоящая из ключей 4 и 7, формирователя импульсов 2, дифференцирующей цепочки 20, усилителя-интегратора 10, которая формирует пилуГотрицательной полярности. Привязка к нулево 765747му уровню выходного напряжения усйлителяинтегратора 10 происходит импульсом, приходящим с дифференцирующей цепочки 20, который получается от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 2.С выходов усилителей-интеграторов 9 и 10 напряжения треутольной формы поступают на входы аналогового сумматора 12, на выходе которого после суммирования получается напряжение трапецеидальной формы, Амплитуда данного напряжения пропорциональна величине фазового угла.Напряжение с выхода аналогового сумматора 12 поступает на анод диода 23 и на вход инвертора 15, выход которого подключен к аноду диода 22. С помощью этих диодов отри 1 цательная часть полупериода напряжения трапецеидальной формы отсекается и на вход аналого. вого сумматора 13 поступают положительные полупериоды напряжений трапецеидальной формы.20 Это же напряжение поступает на вход нуль-ор.гана 16, на выходе которого получаются крат.ковременные импульсы в моменты, когда напряжение на входе нуль-органа равно нулю,На выходе дифференцирующей цепочки 21 получаются импульсы от дифференцирования переднего и заднего фронтов импульсов формирователя импульсов 1. Импульсы, приходящие с выхода нуль-орагна и дифференцнруюшей це 30 почки 21, переключают поочередно триггер 17, на выходе которого получаются импульсы напряжения, включаюцие ключ 5. 7 результате чего на вход. усилителя-интегратора 11 прикладывается напряжение отрицательной полярности35 и происходит формирование положительной части напряжения треугольной формы. Напряжение будет нарастать до прихода импульса с нуль.органа, который переключит триггер, в резуль.тате чего на вход усилителя-интегратора прцло 40 жится напряжение положительной полярности.После чего формируется спадающая часть напряжения треугольной формы. Формирование будет продолжаться до прихода импульса с элемента совпадения 18 на управляющий входфключа 845 Ключ включается, напряжение на выходе уси.лителя-интегратора 11 становится равным нулю и останется таким пока будет импульс на выходе схемы совпадений. На выходе схемы сов.падений 18 будет импульс напряжений, когда на его обоих входах будут сигналы соответст 50 вующие "лог.1", или "лог.О". В противном случае на выходе напряжение равно нулю.На выходе усилителя-интегратора 11 формируются импульсы треугольной формы. Ампли 55 туда этих импульсов пропорциональна фазово-. му углу. При конструировании усилителей-интеграторов необходимо выполнить условие: крутизна импульсов треугольной формы усилителя-интегратора 11 должна быть в два раза больше крутизны усилителей-интеграторов 9 и 10. В результате суммирования йапряжения и импульсов в аналоговом сумматоре 13. об. разуется сигнал в виде постоянного напряжения. Величина этого напряжения пропорциональна фазовому углу, Это наглядно видно иэ диаграммы напряжений, которые рассматриваются для фазовых углов 45 и 135 .Предлагаемый преобразователь обеспечивает высокоточное преобразование фазового угла в аналоговое напряжение в практически неограниченном частотном диапазоне по сравнению с преобразователями, использующими запоминающие устройствз.Использование изобретения в автоматизированных системах измерения и контроля управ. ления обеспечит более качественное и надеж.ное испытание элементов энергосистем.Формула изобретенияПреобразователь фазового угла в постоянное напряжение, содержащий первый и второй фор. мирователи импульсов, три усилителя-интегратора, источник эталонного напряжения, четыре ключа, два из которых включены в цепи обрат. ной связи двух усилителей-интеграторов. а третий подключен ко входу третьего усилителя-интегратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, элемент совпздений, нуль. орган, триггер, два ключа, три дифференцирующие цепочки, два диода, при этом, входы всех трех усилителей-интеграторов соединены с источником эталонного напряжения через третий и четвертый и пятый клю 1 п, выходы первого и второго уси. лителей-интеграторов подключены к входам первого аналогового сумматора, подсоединенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход первого аналогового сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из входов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединсн с выхо. дом третьего усилителя-интегратора с шестым ключом в обратной связи, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифферснцируюшую цепочку, а выход - к управляющему входу третьего ключа, причем управляющий вход шестого ключа соединен с выходом эле. мента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управ. ляющим входам четвертого и пятого ключей,7 81. Авторское свидетельство СССР 9 264804, кл, 6 01 В 25/04, 965.2. Авторское свидетельство СССР Х 569965, кл, 6 01 В 25/00, 1976,%7 " ,76574и через дифференцирующие цепочки - к управ.ляющим входам первого и второго ключей,Источники информации,принятве во внимание при экспертизе