Фазосдвигающее устройство

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 150879 (21) 2810081/24-07 Р 1) М КЛ С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ йо(23) Приоритет Н 02 М 1/08Н 02 Р 13/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54 ) ФАЗОСДВИГАКЩЕЕ УСТРОИСТВО Изобретение, относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательной технике.По основному авт.св. 9657541 известно Фаэосдвигающее устройство .5 ФСУ), используемое преимущественно в преобразовательной технике для одновременного Формирования двух сигналов с одинаковыми, постоянными по уровню, фазонеэависимыми амплитудами 10 и зеркально-симметричными фазовыми сдвигами относительно начальной Фазы входного сигнала, а также формирования третьего выходного сигнала с регулируемой амплитудой и синфазного 15 с входным снгналом постоянной амплитуды, Регулировку начальной фазы этих сигналов осуществляют изменением начальной фазы входного сигнала. Это устройство содержит фазовращатель с 20 блоком управления, три смесителя, четыре фильтра, генератор и первый сумматор. Выход первого смесителя через первый фильтр и второй смеси- тель соединен со вторым фильтром и 25 через третий фильтр и третий смеси- тель соединен с четвертым фильтром, выход генератора подключен непосредственно к вторым входам второго и третьего смесителей и через Фазовращатель - к второму входу первого смесителя, а первый сумматор подключен к выходам второго и четвертого фильтров 11 .Число задач, решаемых с помощью основного изобретения, ограничено, в частности, оно не обеспечивает получение регулируемых по амплитуде сигналов, находящихся в квадратуре, что является его недостатком.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей (т.е. числа решаемых задач) и автоматизации установки заданного отношения.Укаэанная цель достигается тем, что фазосдвигающее устройство (ФСУ) снабжено связанными между собой Фаэоинвертором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, второй вход второго сумматора - к выходу четвертого фильтра.С целью дополнительного расширения 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 подклю 826517чен к выходу второго фильтра, а четвертый сумматор входами подключен к выходам фаэоинверторов.Кроме того, с целью автоматизации установки заданного отношения амплитуд выходных сигналов, ФСУ снабжено амплитудным дискриминатором (содержащим датчик отношения амплитуд), входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - к управляющему входу блока управления фазовращателя.10,На чертеже приведена структурная схема ФСУ. В устройство входят смеси- тели 1, 2, 3, фильтры 4, 5, б, 7, фазовращатель 8 генератор 9 сумматор У1 ры 10, 11 и Фаэоинвертор 12. Причем, 5 фильтр 4 настроен на суммарную комбинационную частоту продуктов преобразования и включен между смесителем 1 и .смесителем 2, фильтр 5 настроен на разностную комбинационную частоту и 20 включен между смесителем 1 и смесителем 3, фильтры б 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 смесителя 1 через Фазовращатель 8 и к вторым входам смесителей 2 и 3 - непосредственно, сумматор 10 подключен к выходам фильтров 6 и 7, сумматор 11 вторым входом подключен к выходу Фильтра 7, а Фазоинвертор 12 включен между выходом фильтра 6 и,первым входом сумматора 11. Входом ФСУ является первый вход смесителя 1, а выходами - выходы фильтров б и 7, а также выходы сумматоров 10 и 11, причем, два последовательныхвыхода являются выходами квадратур. ных сигналов.Режим работы ФСУ выбирают таким, 40при котором уровень сигнала на входе ФСУ, т.е. на входе смесителя 1,и уровень напряжения генератора 9постоянны, что обеспечивает высокуюточность формирования сигналов поамплитуде и угловому положений. Будем также считать, что модули и фазыкоэффициентов передачи каналов одинаковы, это позволяет не учитыватьих влияния при анализе ФСУ, 0Генератор 9 является общим гетеродином для всех трех смесителейФСУ, Он Формирует гармоническое гетеродинное напряжение постоянойамплитуды, которое поступает на вторые входы смесителей 2 и 3 непосредственно и на второй вход смесителя1 - через Фазовращатель 8. С помощьюФазовращателя 8 изменяют на величинуМ начальную Фазу поступающего иасмеситель 1 напряжения генератора 9, 40На первый вход смесителя, которыйявляется входом ФСУ, поступает гармонйческий сигнал постоянной амплитуды. В результате линейного преобразования на выходе смесителя 1 по лучают сигналы комбинационных частот с одинаковыми, постоянными амплитудами и зеркально-симметричными Фазовыми сдвигами,. С помощью фильтров 4 и 5 обеспечивают частотное разделение компонент комбинационных сигналов. Для определенности предположим, что фильтр 4 выделяет сигнал суммарной комбинационной частотй, а фильтр 5 - сигнал раэностной комбинационной частоты. Выделенные компоненты поступают соответственно на первые входы смесителей 2 и 3, в которых подвергаются линейному преобразованию. В результате преобразования на выходе смесителей 2 и 3 получают сигналы комбинационных частот, причем, частота одного компонента в каждом иэ двух случаев равна частоте входного сигнала. Фильтры 6 и 7 настроены на сигналы комбинационных частот, равные частоте входного сигнала, и выделяют их. Поэтому на выходах фильтров б и 7 будут иметь место сигналы, которые можно представить соответственно выражениямиУ:ччсоэ(цяч+4) (,1)О= Чч сов (сеЬ+Ч- Ч) Р-) где Ч, о, Ч - соответственно амплитуда, частота и фазавходного сигнала;"г - амплитуда напряжениягенератора 9;Ч - Фазовый сдвиг, задаваемый Фазовращателем 8.Сигналы (1) и (2) обладают следующими свОЙствами1. Амплитуды прямо пропорциональны амплитуде входного сигнала (поскольку амплитуда напряжения генератора 9 является постоянной)2. Амплитуды равны между собой и не зависят от Фазовых сдвигов.3. Частота равна частоте входного сигнала.4. Аргументы ие зависят от начальной фазы напряжения генератора 9, но полностью содержат начальную фазу входного сигнала, т.е. при 4 = 0 выходные сигналы синфазны входному сигналу. Это позволяет регулировать начальную фазу сигналов (1) и (2) изменением начальной Фазы входного сигнала.5. Начальные фазы сигналов (1) и (2) по отношению к начальной фазе входного сигнала изменились на одинаковую величину Ч , задаваемую фаэовращателем 8, но знаки этого изменения противоположны, т.е. расположение выходных сигналов зеркально-симметричное относительно входного сигнала.6. Взаимный Фазовый сдвиг между сигналами (1) и (2)составляет 2 М что ослабляет требования к максимальному значению фазового. сдвига, вносимого Фазовращателем 8..между которыми равен 90 О. Для этогосигнал (1) суммируют с сигналом .(2)в сумматоре 10 и получают выходнойсигнал О: 2 УЧ СОЗЕ СВ(аФН М)(3) а также суммируют их в сумматоре 11 после инвертирования сигнала (1) в фазоинверторе 12 и получают выходной сигнал:2 УМйЧс 0 М+Ч-ЯО ) (4)Из сравнения выходных сигналов (3) и (4) следует, что:их амплитуды зависят только от фазо,вого сдвига, вносимого Фазовращателем 8, поскольку уровни входного сигнала и напряжения генератора. 9 являются постоянными величинами;при изменении величины 4 амплитуда сигнала (3) изменяется по косинусоидальному закону, а. амплитуда сигнала (4) - по синусоидальному закону, а их отношение - по закону тангенса или котангенса;начальная Фаза сигнала (3) равна начальной фазе входного сигнала, а начальная фаза сигнала (4) отличается .от начальной фазы сигнала (3) и входного сигнала на 90 , т.е. выходные сигналы (3) и (4) находятся в квадратуре. Основной причиной отклонения разности фаз сигналов (3) и (4) от 90 является 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 обеспечивается автоматически, т.е. при изменении Фазы Ч фазовращателем 8 балансировка схемы, а следовательно, и квадратура сигналов 3) и (4) сохраняются.Максимально облегченные условия формирования сигналов (1) и (2) обеспечивает получение сдвига фаз между сигналами (3) и (4) с высокой точностью. Кроме того, ФСУ обеспечивает возможность установки различных уровней сигналов (3) и (4) в широком динамическом диапазоне амплитуд при сохранении постоянной разности фаз 90 между нимиЭти ценные свойства существенно расширяют функциональные возможности ФСУ и область его применения.На выходе ФСУ можно обеспечить четыре сигнала, находящиеся в квадратуре. Рассмотрим два варианта их полученияПервый вариант состоит в том, что ФСУ дополнительно снабжено тре,тьим и четвертым сумматорами и вторым Фазоинвертором (не показаны) . Второй фаэоинвертор входом подключенк выходу Фильтра 7, а выходом - квторому входу третьего сумматора,первый вход которого подключен к выходу фильтра 6, а четвертый сумматор5входами подключен к выходам фазоинверторов, чричем, выходы третьегои четвертого сумматоров также являются выходами квадратурных сигналов ФСУ.Сигнал .(1) суммируют с сигналом(2) после инвертирования последнегои на выходе третьего сумматора получают выходной сигналО =2 УЧр 61 пЧ сбз(шФ+м-у(у) (фВ четвертом сумматоре суммируют1 э сигналы (;1) и (2) после инвертирова,ния каждого из них. В результате получают выходной сигналО:Ичсовцсаз(ай+ао) (ь)Поскольку сигнал (6) противофазен 20 сигналу 13). а сигнзл (5) противофазен сигналу (4), то полученные сигналы (3)- (6) находятся в квадратуре.Амплитуды противофаэных сигналов одинаковы и изменяются по одному и томуже закону. Высокая Фазовая стабильность и возможность синхронного изменения амплитуд противофазных сигналов позволяет дополнительно расширить круг решаемых задач с помощьюФСУ.Второй вариант состоит в том,что полученную первую пару квадратурных сигналов (3) и (4) инвертируют,для чего йа выходах сумматоров 10 и11 следует включить инверторы.Для обеспечения автоматическойустановки наперед заданных уровнейвыходных сигналов (3)-(6) в ФСУ вводят амплитудный дискриминатор (непоказан), который входами подключен 40 к выходам сумматоров 10 и 11, а выходом - к блоку управления фазовращателя 8. Поступающие на входы амплитудного дискриминатора выходные сигналы ФСУ (3) и (.4) сравниваются поамплитуде. По разностному сигналуили по отношению уровней сигналовформируют напряжение ошибки, котороес выхода амплитудного дискриминатора поступает на вход блока управления фазовращателя 8 и изменяет егосостояние, те. изменяет начальнуюфазу поступающего на смеситель .1 напряжения генератора 9 до получениянапряжения ошибки нулевого значения.Нулевому напряжению ошибки соответ ствуют такие уровни выходных сигналов ФСУ, какие заданы датчикомуровней(делителем, аттенюатором),находящимся, например, в амплитудном дискриминаторе.щ Из анализа предложенного ФСУ следует, что оно состоит из серийновыпускаемых в различных частотныхдиапазонах узлов, к которым предъявляются легко выполнимые требования.Схема ФСУ отличается простотой в нэ-,826517 формула изобретения тавитель О.Наказнаяред Н.Майорош Корректс едактор П.Макарев Швыдк Заказ 2532/77 ВНИИП по 113035, М.Ти Государств елам изобре ква, Ж, По комитета СССР открытий ская наб., д. 4исно лиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектна готовлении, настройке и использовании. 1. Фазосдвигающее устройство по авт.св, 9657541, о т л и ч а ю щ ее с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей оно снабжено фазоинвертором и вторым сумматором, причем, вход фазоинвертора подключен к выходу второго фильтра, входы второго сумматора - к выходу четвертого фильтра и к выходу фазоинвертора.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью дополнительного расширения функциональных возможностей оно снабжено третьим и четвертым сумматорами и вторым фаэоинвертором, 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 фаэоинверторов.3. Устройство по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации установки заданного отношения амплитуд выходных сигналов, оно снабжено амплитудным дискриминатором, входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - ко входу блока управления фазовращателя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9657541, кл. Н 02 М 1/08, 1976.