Фазовращатель

(51)4 О 01 В 25/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ(56) Авторское свидетельство СССР981901, кл. 0 01 К 25/04, 1982.Боринец И.Д, фазовращатель для синхронного детектора, Приборы н техника эксперимента, 1977,1, с, 156.(57) Изобретение относится к устройствам для формирования напряжения переменного тока, Фаза которого сдвигается на 90 относительно,801224739 А другого напряжения переменного тока. Может быть использовано в фазоизмерительных устройствах. Цельизобретения - повышение точности инадежности работы Фазовращателя.Устройство содержит источникии 2опорного напряжения положительнойи отрицательной полярности, масштабные резисторы 3-10, операционныеусилители 11 и 12, интеграторы 17и 18; компаратор 23, триггер 25,общую шину 26, вход 27, выход 28.Для достижения поставленной цели вустройство введены амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22напряжения, формирователи 13-16 импульсов и дополнительный компаратор 24. 2 ил.Изобретение относится к устройствам, предназначенным для формирования напряжения переменного тока, фаза которого сдвинута на 90 от.носительно другого напряжения переменного тока, и может быть использовано в фазоизмерительных устройствах.Цель изобретения - повышение точности и надежности работы фазовращателя.На фиг,изображена функциональная схема предлагаемого фазсвращателя, на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов .Фазовращатель содержит источник 1 опорного напряжения положительной полярности, источник 2 опорного напряжения отрицательной полярности, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7, шестой 8, седьмой 9 и восьмой 10 масштабные резисторы, первый 11 и второй 12 операционные усилители, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 формирователи импульса, первый 17 и второй 18 интеграторы, первый 19 и второй 20 амплитудные детекторы, первый 21 и второй 22 делители напряжения, компаратор 23, дополнительный хомпаратор 24, триггер 25, шину 26 нулевого потенциала, вход 27, выход 28.Вход устройства через резистор 4 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя 11, а через резистор 5 подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 12, Источник 1 к 2 опорных напряжений через делите.;: в ;а пряжений, образованные из резксторов 7 к 9 (8 и 10) подключены к вторым входам усилителей 11 и 2. Выходы усилителей 11 и 12 через последовательно подключенные интеграторы 17 и 18, амплитудные детекторы 19 и 20, делители 21 и 22 напряжения, компараторы 23 и 24 подключены к входам триггера 25, выход которого яв- ляется выходом устройства, Входы формирователей 13 и 14 подключены к выходам усилителей 11 и 12, а выходы их соединены с вторыми входами интеграторов 17 и 18, Вторьш входы компараторов 23 и 24 соединены с выходами интеграторов 17 и 18, а выходы компараторов 23 и 24 через формирователи 15 и, 16 импульсов соединены с вторыми входами амплитудных детекторов 19 и 20, при этом резисторы 3 и б образуют цепи отрицательной обратной связи .я усилителей11 и 12,5 Фазовращатель работает следующимобразом.С входа 27 синусоидальное напряжение (фиг. 2 а, здесь и ниже, еслиспециально не оговорено, рассматриО,О ваются диаграммы, изображенные нафиг, 2 сплошными линиями) через второй 4 и третий 5 масштабные резксто -ры поступает на инвертирующие входыпервого 11 и второго 2 операцион 5 ных усилителей, которые работают врежиме ограничения,На некнвертирующие входы первогои второго 12 операционных усилителей поступают напряжения от ис 2 О точникови 2 опорных напряженийположительной и отрицательной полярностей (Фкг, 2 а - сплошные прямые.пинии), причем величины этих напряжений устанавливаются делителями,25 образованнымк соответственно пятыммасштабным резистором 7 и седьллыммасштабным резистором 9, шестым масштабным резистором 8 и восьмым масштабным резистором 10. В результате3 ограничения на выходах первого 11 квторого 12 операционных усилителейформируются прямоугольные импульсынапряжения (фиг. 2 б,6).Эти прямоугольные напряжения поступают на информационные входы первого 17 ивторого 18 интеграторов, где интегрируются. По заднему фронту прямоугольных напряжений (фиг, 2 б,Ь) первый 13 и второй 4 формирователи им 40 пульса вырабатывают сигналы, по которым происходит сброс в исходноесостояние ппервого 17 и второго 18интеграторов. В результате формавыходных напряжений первого 7 и45 второго 8 интеграторов имеет видпилообразньх импульсов (фкг. 2 Г,8).с11 ервый 19 и второй 20 амилитудные детекторы выделяют максимальноезначение выходных напряжений соотЫ ветственнс первого 17 и второго 18интеграторов, На выходах первого19 и второго 20 амплитудных детекторов формируются постоянныенапряжения (фиг. 2 е,ж). С помощьюЯ первого 21 и второго 22 делителей напряжения эти постоянные напряжения устанавливаются равнымиполовине максимального значения вы 1224739 4ходных напряжений соответственно первого 17 и второго 18 интеграторов ( фиг 2 г, 31) . Таким образом, на входы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают: на первые входы - напряжения пилообразной формы (фиг, 2 г,д), а на вторые входы - постоянные напряжения, величина каждого из которых равна половине максимального (амплитудного) значения соответствующего напряжения пилообразной Формы. Компаратор 23 и дополнительный компаратор 24 в моменты сравнения формируют импульсы (фиг.2 и, л), причем в моменты сравнения входной синусоидальный сигнал достигает максимального значения (пик амплитуды - фиг. 2 а ). Эти импульсы поочередно поступают на входы триггера 25, на выходе которого (в результате его периодического переключения) формируется симметричное напря.ение прямоугольной формь 1 типа "меандр(фиг. 2 н). Вследствие того, что срабатывания компаратора 23 (фиг. 2 и) и дополнительного компаратора 24 (фиг, 2 л ) происходят в моменты достижения входным синусоидальным сигналом (Фиг. 2 а) максимумов амплитуды (положительного и отрицательного), то моменты переключения триггера 25 (фиг. 2 н) такж соответствуют этим максимумам. Поэтому сформированное на выходе триггера 25 прямоугольное напряжение (Фиг. 2 н)оказывается сдвинутым относительно входного синусоидального сигнала (Фиг. 2 а) на угол 90 , причем велиоо чина этого сдвига равна 90 и устанавливается настройкой коэффициентов передачи первого 21 и второго 22 делителей напряжения. Как отмечалось, коэфФициенты передачи устанавливаются такими, чтобы на выходах первого 21 и второго 22 делителей напряжения напряжение было равно половине выходных напряжений первого 17 и второго 18 интеграторов,Выходные импульсы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 поступают на входы третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульса, назначение которых состоит в Формировании импульсов некоторой фиксированной длительности(фиг.2 к,м). По заднему фронту этих импульсов происходит "обнуление" (разряд) 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов (фиг. 2 е,ж). Затем происходит заряд первого 19 и вфгорого 20 амплитудных детекторов до текущего амплитудного значения выходных напряжений первого 17 и второго 18 интегратрров (фиг. 2 е,ж), причем "обнуление" (разряд) первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов и их последующий заряд происходит за время от заданного фронта выходных импульсов третьего 15 и четвертого 16 формирователей импульса до момента "обнуления" первого 17 и второго 18 интеграторов (фиг. 2 е,ж).Так как назначение фазовращателя состоит в формировании напряжеония, сдвинутого на 90 относительно входного синусоидального напряжения, то под точностью рыботы понимается величина приближения (или отклонения) фазы сформированного наопряжения к величине 90 , выраженная в градусах (абсолютная величина) или процентах (относительная величина).Оценим точность работы предлагаемого фазовращателя.В предлагаемом фаэовращателе при нестабильности, например, входного синусоидального сигнала, происходят следующие процессы.Предположим, что амплитуда синусоидального сигнала на входе 27 увеличилась (фиг. 2 а - пунктир),а величины напряжений источников 1 и 2 опорных напряжений положительной и отрицательной полярностей не изменились (фиг. 2 а - прямые сплошные линии). На выходах первого 11 и второго 12 операционных усилителей формируются более "широкиеф (протяженные) прямоугольные импульсы (фиг, 2 б,в - пунктир).На выходах первого 17 и второго 18 интеграторов формируются пилообразные напряженияувеличенной амплитуды (фиг. 2 г,Э - пунктир). На выходах первого 19 и второго 20 амплитудных детекторов формируются напряжения также более высокого уровня (Фиг. 2 е,ж - пунктир). Эти напряжения вдвое уменьшаются по величине в первом 21 и втором 22 делителях напряжения и подаются на входы компаратора 23 и дополнительного компаратора 24.Поскольку выходные напряжения первого 21 и второго 22 делителей10 45 50 55 напряжения вдвое меньше по величиневыходных напряжений соответственнопервого 17 м второго 18 интеграторов( фиг. 2 г,д - пунктирные пилообразныеи прямые линии), то моменты срабатывания компаратора 23 и дополнительного компаратора 24 приходятся повремени на моменты максимумов амплитуд положительной и отрицательнойполуволн синусоидального сигнала свхода 27 (фиг. 2 о,Оценим точность работы предлагаемого фазовращателя при нестабильности параметров первого 21 и второго 22 делителей напряжения,Согласно вьппеуказанному на выходе делителей 21 и 22 напряжениясформированы напряжения, величиныкоторых вдвое меньше выходного напряжения первого 19 и второго 20амплитудных детекторов, а коэффициент деления делителей 21 и 22 напряжения равен определенному значению, отклонение которого приводитк дополнительному ( паразитному")офазовому сдвигу отличному от 90 )сформированного на выходе триггера25 прямоугольного напряжения. Например, если делители 21 и 22 напряжения выполнены на резисторах,технологическая точность которыхравна 17, то "паразитный" Фазовыйсдвиг сформированного прямоугольноого напряжения составит 8 и точностьфазовращателя при этом равна, примерно, 9%, Если же делители 21 и 22напряжения выполнены на резисторах,точность которых равна 0,17, то"паразитный" фазовый сдвиг и точность фазовращателя составят соотоветственно 2,5 и 2 Е. Таким образом, в предлагаемом фазовращателе без принятия мер стабилизации коэффициента деления первого 21 и второго 22 делителей напряжения структурно обеспечивается высокая точность работы: в 2-3 раза выше, чем у устройства-прототипа. Кроме того, предлагаемый фазовращатель характеризуется более высокой надежностью работы, так как в нем опорные напряжения выбраны всегда меньше амплитуды входного синусоидального напряжения, что обуславливает надежную (без пропусков) работу первого 11 и второго 12 операционных усилителей 11 и 12. Напомним,что в устройстве-прототипе опорныенапряжения выбираются равными иличуть меньше амплитуды входного синусоидального напряжения. Отклоненияот такого выбора приводят либо кнесимметричности выходного прямоугольного напряжения, либо, вообще,к пропуску "полуволны" этого напряжения, т.е, к сбою в работе триггера. Формула изобретения Фазовращатель, содержащий первый и второй операционные усилители, между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя включен первый масштабный резистор, к инвертирующему входу первого операционного усилителя подключен первый вывод второго масштабного резистора, второй вывод которого является входом фазовращателя и подключен к первому выводу третьего масштабного резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого масштабного резистора и с инвертирующим входом второго операционного усилителя, к выходу которого подключенвторой вывод четвертого масштабногорезистора, выход источника опорногонапряжения положительной полярностичерез пятый масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выходисточника опорного напряжения отрицательной полярности через шестоймасштабный резистор соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, компаратор, выход которого подключен к первому входу триггера, выход которого является выходом фазовращателя, первый вывод седьмого масштабного резисторасоединен с шиной нулевого потенциала и восьмой масштабный резистор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности инадежности работы, в него введены первыйи второй интеграторы, первый и второйамплитудные детекторы, первый и второй делители напряжения, первый,второй, третий и четвертый формирователи импульса, дополнительный компаратор, причем выход первого операционного усилителя подключен к информационному входу первого интегратора, выход которого соединен с пер1224739 е и Составитель В.ШубинРедактор А.Ревин Техред Н.Бонкало оррек ирохма 14 Тираж 728НИИПИ Государственнопо делам изобретени5, Москва, Ж, Рауш Подписное комитета СССРи открытий ака 4/5 ая на Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектная,вым входом компаратора и входом первого амплитудного детектора, выход которого подключен к входу первого делителя напряжения, а выход последнего - к второму входу компаратора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с вторымвыводом седьмого масштабного резистора, выход второго операционного усилителя подключен к информационному входу второго интегратора, выход которого соединен с первым входом дополнительного компаратора и входом второго амплитудного детектора, выход которого подключен к входу второго делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом дополнительного компаратора, выход которого подключен к второму входу триггера, неинвертируюшии вход второго операционного усилителя черезвосьмой масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала,выход первого операционного усилителя через первый формирователь импульса подключен к входу сброса первого интегратора, выход второгооперационного усилителя через второй 1 О формирователь импульса подключен квходу сброса второго интегратора,выход компаратора через третий фор;мирователь импульса подключен к входу сброса первого амплитудного де тектора, выход дополнительного компаратора через четвертый формирователь импульса подключен к входусброса второго амплитудного детектора.