Устройство для сравнения фаз

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 25/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТВУФ(56) 1, Авторское свидетельство СССРУ 894600, кл. С 01 К 25/04, 1980.2 Авторское свидетельство СССРФ 991320, кл. С О 1 К 25/04, 1983.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯфАЗ, содержащее первый и второй счетные триггеры, установочные входы которых объединены с входом установкинуля устройства, первый и второйформирователи, выходы которых соединены с входами двухвходового элемента И, выходом соединенного с первыминдикатором, а входы - с входамиустройства, второй и третий индикаторы и инвертор, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью повышениябыстродействия, в него введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторым и третьим индикаторами, дополнительные первый, второй, третий и четвертый четырехвходовые элементы И, выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходовых элементов И объединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторые вхо" ды всех четырехвходовых элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы. первого и четвертого введенных элементов И сое- Е динены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с нулевым выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых Я элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого."О Недостатком известного устройства является ограниченное быстродействие,45 которое обусловлено тем что сравнение фаз опорного и измерительного сигнала происходит через два периода входных сигналов. Такое явление может привести к ошибкам в определении 50 момента совпадения фаз или момента перехода фаз от отставания к опережению, что особенно важно при сравнении фаз сигналов с несколько отличающимися частотаи. Кроме того, 55 неоднозначно определяется фиксация совпадения фаз, заключающаяся в том, что до подачи сигналов устройство Устройство относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано, например, в устройствах регулирования фазы и фазометрах.Известно устройство для сравнения фаз содержащее первый и второй формирователи, входами соединенные с входами устройства а выходами подключенные соответственно к первым входам первого и второго триггеров, вторые входы которых соединены с входами устройства, первый и второй элементы И, выход последнего из которых соединен с первым индикатором, а входы - с выходами триггеров, третьи входы которых соединены с выходом первого элемента И, два инвертора, а также второй и третий индикаторы, соединенные с выходами триггеров через инверторы Я .20Недостатками такого устройства являются ограниченные область применения и быстродействие.Наиболее близким к изобретению является устройство для сравнения фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, входы которых соединены с входами устройства, установочные входы которых объединены с входом установки нуля устройства, а ЗО выходы через два формирователя и непосредственно с входами соответствующих триггеров., третьи входы которых объединены и поцключены к выходу первого элемента И, входами соединен.з ного с выходами формирователя, двухвходовый элемент И, выходом соединен. ный с первым индикатором, а входами - с первыми выходами триггеров, вторые входы которых через инверторы 40 соединены с вторым и третьим индикаторами 2а1 уже индицирует нулевой фазовый сдвиг что создает неудобства в работе.Цель изобретения - повышение быстродействия сравнения фаэ между опорным и исследуемым сигналами.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сравнения фаз, содержащее первый и второй счетные триггеры, установочные входы которых объединены с входом установки нуля устройства, первый и второй формирователи выходы которых соединены с первыми входами двухвходового элемента И, выходом соединенного с первым индикатором, а входы - с входами устройства, второй и третий индикатрры и инвертор, введены первый и второй элементы ИЛИ, выходами соединенные соответственно с вторым и третьим индикаторами, дополнитель;ные первый, второй третий и четвер. тый четырехвходовые элементы И, выходы каждой пары из которых подключены к элементам ИЛИ, первые входы указанных четырехвходовых элементов И обьединены и попарно соединены с выходами формирователей и со счетными входами обоих триггеров, вторыс входы всех четырехвходовых элементов И попарно через инвертор подсоединены к выходу двухвходового элемента И, третьи и четвертые входы первого и четвертого введенных элементов И соединены соответственно с единичным выходом первого счетного триггера и с нулевым выходом второго счетного триггера, третьи и четвертые входы второго и третьего четырехвходовых элементов И подключены соответственно к единичному выходу второго счетного триггера и нулевому выходу первого.За счет введения четырехвходовых элементов И н двух элементов ИЛИ обеспечивается постоянное сравнение фазового положения каждого пронормированного по длительности импульса опорной и счетной последовательности с индикацией соответствукицего резуль. тата сравнения в каждый период сравнения. Таким алгоритмом контроля исключаются пропуски за счет дискретизации (по двум периодам, как био в прототипе) сравнений, а следовательно, повышается в два раза быстро действие. Кроме того, благодаря нормировке по длительности входных опорного и измерительного сигналов1150578 5 10 20 30 3формирователями, а также новых связей их выхода с элементом И обеспечивается индикация момента совпадения фаз только во время действия сигналов.На фиг1 представлена электрическая функциональная схема устройства для сравнения фаз на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства для случая опережения опорного сигнала (2,1) и отставания (2.11),Устройство для сравнения фаз. содержит первый и второй формирователи 1 и 2 сигнала калиброванной длительности, первый и второй триггеры 3 и 4, четыре четырехвходовых элементов И 5-8, двухвходовый элемент И 9, инвертор 10, два элемента ИЛИ 11 и 12 и три индикатора - индикатор 13 (опережения фазы), индикатор 14 (равенства Фаз) и индикатор 15 (отста" вания Фазы), вход 16 опорного сигнала вход 17 измерительного сигнала и вход 18 установки нуля, соединенный с установочными входами триггеров 3 и 4. В устройстве первые входы элементов И 5 и 6, 7 и 8 объединены соответственно с выходами формирователей 2 и 1, счетными входами триггеров 4 и 3, первым и вторым входами элемента И 9. Вторые входы элементов И 5 и 6, 7 и 8 подключены через инвертор 10 к выходу элемента И 9 и входу индикатора 14. Третьи и четвертые входы элементов И 5 и 8 подключены соответственно к единич" нбму выходу триггера 3 и нулевому выходу триггера 4. Третьи и четвертые входы элементов И 6 иподключе ны соответственно к единичному выходу триггера 4 и нулевому выходу триг. гера 3. Выходы элементов И 5 и 6, 7 и 8 объединены соответственно через элементы ИЛИ 11, 12 с индикаторами 13, 15.формирователи 1 и 2 нормируют входной сигнал произвольной Формы и длительности в импульсные сигналы постоянной длительности, определяю" щей заданную погрешность сравнения фаз. Индикатор обеспечивает согласование выходных сигналов с выходов элементов 9. 11 и 12, необходимое их усиление для срабатывания сигнального индикатора, например, лампочки накаливания. Остальные элементы схемы могут быть реализованы логическими микросхемами 133 или 155 серий. На фиг.2 приняты следующие обозначения сигналов: а и б - опорный и измерительный сигналы с выходов формирователей 1 н 2, в и г - осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 3, д и е - осциллограммы соответственно на единичном и нулевом выходах триггера 4, ж, з, к и л - осциллограммы на выходах элементов И 5, 6, 7 и 8 соответственно; м и н - осциллограммынапряжений на выходе элементов ИЛИ 11и 12 соответственно.Кроме того, серия осциллограммФиг.2.1 поясняет работу устройства,когда опорный сигнал опережает измерительный, и фиг,2,11 - наоборот, дляслучая отставания опорного сигнала.Состояние индикаторов 13 и 15 опережения или отставания фазы изменяется на противоположное по величине интервала времени о между опорным и измерительным импульсом. Если С =Т /а .а /2, то опорная последовательность опережает измерительную и срабатывает индикатор 13 (фиг.2.1 а). Если жео/2, то опорная последовательность фактически отстает от измерительной и при этом срабатывает индикатор 15 (Фиг.2.11 а). Устройство работает следующим образом.Рассмотрим случай, когда происходит опережение по фазе измерительноо сигнала опорным (фиг.2.1). В исходном состоянии счетные триггеры 3и 4 установлены в состояние, при котором на их прямых выходах имеютсянизкие уровни напряжения, а на инверсных - высокие,Входные сигналы "А" и "Б" погтупают соответственно на входы формирователей 1 и 2, где преобразуются внормированные по длительности импульсные последовательности (фиг.2 а,б), поступающие на счетные входытриггеров 3 и 4. По переднему фронтупервого импульса (фиг.2 а) триггер 3перебрасывается, в результате чегона его прямом выходе появляется высо.кий потенциал (фиг,2 в), а на инверс.ном - низкий (фиг.2 г). Срабатываниекаждого из четырех элементов И воз.можно при одновременном наличии насвоих входах высокого потенциала,что возможно прн следукщих комбина.циях: выход элемента И 5 - б.в.е 1;выход элемента И 6 - б, е, д; вы Э 11 ход элемента И 7 - а, д, г, выход элемента И 8 - а, в, е 1Так как последний вход каждого элемента И всегда, кроме случая равенства фаэ, находится под высоким потенциалом, то в комбинации а-г (фиг.2) он учитывается автоматически,В течение длительности первого импульса (фиг.2 а) реализуется только одно из четырех условий совпаде-. ния и на выходе элемента И 8 появляется импульс (фиг,2 л), который через элемент ИЛИ 12 (фиг.2 м) поступает на индикатор 15, вызывая его срабатывание (фиг.2 н). По окончании первого импульса (фиг.2 а) условия совпадения элемента И 8 нарушаются и индикатор прекращает индикацию.По поступлению первого импульса измерительной последовательности (фиг.2 б) на счетный вход триггера 4 последний перебрасывается и изменяет свое состояние на противоположное (фиг.2 д, 2 е). При этом ни на одном из четырех элементов И 5, 6, 7 и 8 условие совпадения не выполняется (фиг. 2 ж, з) и состояние индикаторов 13, 14 и 15 остается прежним,С приходом очередного (второго) импульса (фиг.2,а) триггер 3 перебрасывается в состояние, предшествующее приходу первого импульса, появляется разрешающая комбинация для элемента И 7, управляющий импульс с выхода которого через элемент ИЛИ 12 (фиг.2 и) опять воздействует на юдикатор 15, подтверждая факт оаереже ния фазы. С приходом второго импульса измерительной последовательности (фиг.2,б) триггер 4 перебрасывается в исходное состояние (фиг.2 д,е), соэ 50578давая при этом запрещенную комбинацию для элементов И 5, 6 (фиг,2 ж,з)С приходом третьего опорного импульса (фиг.2 а) цикл работы повторяется.Таким образом, с каждым импульсомопорной последовательности происходит сравнение фазового соотношенияи индикация его результата на инди каторе 15, который работает с частотой 1/Т.В другом случае, когда опорнаяпоследовательность отстает от измерительной, работа устройства проис ходит аналогичным образом. Началоработы и частота переключений другого индикатора 13 в этом случае будутопределяться измерительной последовательностью (осциллограммы напряжений зО в различных точках схемы фиг.2.11).При равенстве фаз опорной и измерительной последовательности срабатывает элемент И 9 и включается индикатор равенства фаэ 14. Одновременно инвертор 1 О изменяет свое состояние и запирает все элементы И 5, 6, 7 и 8.Таким образом, при произвольномизменении фазы устройство позволяетпроизводить сравнение ее в каждыйпериод сигнала, обеспечивая при этомв два раза большее по сравнению спрототипом быстродействие.Технические преимущества данногоизобретения состоят в повышении быстроты сравнения фаз, особенно при изменениях фазы измеряемого сигнала,Кроме того, повышается достоверностьполученного результата и устраняетсянеоднозначность показаний нулевогофазового сдвига в начальный моментизмерения."Патент", г.ужгород, ул.Проектна 5 Тираж 748ИИПИ Государственного комипо делам иэобретений и о113035, Москва, Ж, Раущск Подписнотета СССРкрытийая наб., д.4/5