Фазосдвигающее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ С 01 В 2 УО ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССРПО ДЕ/АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Масленников 8,8. Избирательные,й С-усилители. И., 1980, с. 26.2. Авторское свидетельство СССР й 522475 кл. 6 01 й .25/00, 1974. (54)(57) ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЧСТВО, содержашее регистратор Фазового сдвига, последовательно соединенные пер" вый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и первый сумматор, .инвертор и переключатель, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с целью повышения быстродействия, точности, чувствительности и расширения диапа-. зона инфранизких частот, в него дополнительно введены второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой; восьмой, девятый и десятый усилители с регулируемыми коэффициентами усиления по. закону синуса у четных номеров усилителей и по закону косинуса у нечетных номеров усилителей, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой сумматоры, блок постоянного фазового сдвига, второй, третий, четвертый и пятый инверторы, а также второй переключатель, причем регистратор фазового сдвига выполнен в виде трех групп взаимосвязанных кнопок и двух отдельных кнопок, при этом первая группа кнопок проградуирована в десятых долях Фазового угла, вторая группа кнопок - в единицах Фазового угла третья группа кнопок- в десятках Фазового угла, при этом первая отдельная кнопка имеет градуировку 90 О, а вторая отдельная кноп"ка - 180, первая группа кнопок механически связана с первым, вторым, тре.тьим и четвертым усилителями с регу"лируемыми кбэффициентами усиления,вторая группа кнопок механиче".ки свя-зана соответственно с пятым, шестым,десятым и десятым усилителями с регулируемыми коэффициентами усиления,третья группа кнопок механически свя-.зана с седьмым и восьмым усилителями,а первая отдельная кнопка механическисвязана с первым переклюцателем, первый подвижный контакт которого соединен с входами первого и второго усили-Щтелей, второй подвижный контакт егосоединен с входами третьего и четвер"того усилителей, а первый неподвижныйконтакт его соединен непосредственнос входом устройства и через первый ин-.вертор - с вторым неподвижным контактом, а третий неподвижный кон еаьтакт соединен с выходом блока посто- (,)янного фазового сдвига, вход которо айго соединен с входом устройства и через второй инвертор - с четвертым не" (рподвижным контактом, при этом выход рв. устройства соединен с подвижныи контактом второго переключателя, механически связанного с второй отдельной кнопкой регистратора Фазовых сдви-,гов, первый неподвижный контакт второго переключателя соединен с выходомседьмого сумматора непосредственно,,Вфа второй неподвижный контакт - с выходом седьмого сумматора через третийинвертор, при этом первый вход седьмого сумматора через последовательно.соединенные седьмой усилитель, пятыйсумматор, пятый усилитель и первый10193 сумматор соединен с выходом первого усилителя и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилитеЬля, а выход четвертого сумматора через последовательно соединенные чет, вертый инвертор, десятый усилитель, шестой сумматор и восьмой усилитель соединен с вторым входом седьмого сумматора, при этом второй вхОд шестого сумматора через последовательно соединенные девятый усилитель итретий сумматор соединен с первымвходом второго сумматора и через пятый инвертор с выходом третьего усилителя, выход второго усилителя соединен с вторыми входами второго итретьего сумматоров, а выход второгосумматора через шестой усилитель соединен с вторым входом пятого сумма Изобретение относится к электро- измерительной технике, а точнее к устройствам, обеспечивающим создание искусственных Фазовых сдвигов между напряжениями синусоидальной формы, Эти устройства широко применяются для измерения фазовых сдвигов, например, систем автоматического управления, а также для градуировки и проверки фазо метрической аппаратуры, в качестве калибраторов угла Фазового сдвига.Известно устройство для сдвигафаз, выполненное на основе усилительного каскада, имеющего два выхода. Один из них обеспечивает усиление сигнала в К раз, а друАй в -К) раз.Такое выполнение устройства позволяет расширить диапазон Фазовых сдви-. гов от 0 до 180 и обеспечить приэтом постоянство амплитуды выходного сигнала 1 . Однако устройство обладает рядом существенных недостатков, главными из. которых являются зависимость вели чины Фазового угла от частоты, ограниченный диапазон рабочих частот и отсутствие регистратора Фазового угла.Известно также фазосдвигающее устройство, содержащее сумматор, операционный усилитель, выход которого через параллельно соединенные элект.рический конденсатор и первый переменный резистор соединен с его входом цепью отрицательной обратной свя- З 5 зи, При этом .вход усилителя через второй переменный резистор соединен с входом устройства и одним из входов сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя.40 Устройство содержит также регистратор Фазового сдвига, проградуиро" ванный в величинах постоянной вре" мени, равной произведению величины электрической емкости конденсатора на величину электрического сопротив" ления переменного резистора в обратной связи усилителя. Регистратор фазового сдвига механически .связан с движками первого и второго переменных резисторов.Данное устройство благодаря постоянству амплитуды сигнала на выходе усилителя и наличию регистратораьФазового сдвига может быть использовано для измерения фазовых сдвигов и модулей гармонических сигналов вдиапазоне фазовых углов от 0 до 180 о 2Однако данное устройство также имеет рад недостатков, Главным из них являются недостаточная точность (не выше 103 ), низкая чувствительность .не лучше 2 о, ограниченный диапазон низких частот, малое быстродействие из-за резкого увеличения величин электрического конденсатора с умень= шением частоты и невозможность непосредственного отсчета величины Фазового угла по регистратору фаз, так как Фазовый угол определяется по формуле.Целью изобретения является повышение быстродействия, точности, чувствительности и расширения диапазона инфранизких частот,Для достижения этой цели в фазосдвигающее устройство, содержащее регистратор Фазового сдвига, последовательно соединенные первый усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и первый сумматор, инвертор и пере62 атель, пятый сумматор, пятый усилитель и первый сумматор соединен с выходки первого усилителя и с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого. соединен с выходом четвертого усилителя, а выход четвертого сум" матора через последовательно соединенные четвертый инвертор, десятый усилитель, шестой сумматор и восьмой усилитель соединен с вторым входом седьмого сумматора, йри этом второй вход шестого сумматора через посМедователь" но соединенные девятый усилитель.и третий сумматор соединен с первым , входом второго сумматора и через пятый инвертор с выходом третьего усилителя, выход второго усилителя соеди" нен с вторыми входами второго и тре" тьего сумматоров, а выход второго сумматора через шестой усилитель соединен с вторым входом пятого сумма" тора.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 1, пя"тый 5, шестой б, седьмой 7, восьмой 8, девятый 9 и десятый 10 чситрла-. ли, коэффициент усиления которых ре" гулируется посредством переключателей (не показанных )по закону синуса у четных и по закону косинуса у нечетных номеров усилителей.При этом устройство содержит первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14, пятый 15, шестой 16 и седьмой 17 сумматоры, блок 18 постоянного фазового сдвига, первый 19 вто" рой 20; третий 21, четвертый 22;и пятый 23 инверторы, а также переключатели 24 и 25.В устройстве имеется регистратор 26 фазового сдвига, который выполнен в виде трех групп 27-29 взаимосвязанных кнопок и двух отдельных кнопок 30 и 31. При этом первая группа 27 кнопок проградуирована, например, в десятых долях фазового угла, вторая группа 28 кнопок - в единицах Фазового угла, третья группа 29 кнопок " вдесятках. фазового угла. Первая отдельная кнопка 30 имеет градуировку 90.а вторая отдельная кнопка 31 предназначена для измерения фазовых сдвигов,: больших 180 о, и имеет соответствуиМЦую этому градуировку. Первая группа, 27кнопок механически связана с переключателем, регулирующим коэффициентыусиления первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 усилителей.Вто 3 10193 клочатель, дополнительно введены второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый усилители с регулируемыми коэффициентами усиления по закону синуса у чет.- ных номеров усилителей и по закону косинуса у нечетных номеров уси" лителей, второй, третий, четвертый, пятый 1 шестой и седьмой сумматоры, блок:постоянного фазового сдвига, второй, третий, четвертый и пятый .инверторы, а также второй переключатель, причем регистратор фазового сдвига выполнен в виде трех групп взаимоавяэанных кнопок и двух отдельных кнопок, при этом первая группа 15 кнопок проградуирована в десятых долях фазового угла, вторая группа кнопок " в единицах фазового угла, третья группа кнопок - е десятках фав(еего угла, при этом первая от О дельная кнопка имеет градуировку 90, а вторая отдельная кнопка, первая группа кнопок механичес. ки связана с первым, вторым, третьим. и четвертык усилителями с регулиру- .Л емыми коэффициентами усиления, вто. рая гщепа кнопок механически связана соответственно с пятым, шестым, де" вятым и десятым усилителями, с регу" лируемыми коэффициентами усиления, третья группа кнопок механически свя. зана с седьмым и восьмым усилителями. а первая отдельная кнопка механичес" ки связана с первым переключателем, первый подвижный контакт которого соединен с входами первого и второго усилителей, второй подвижный контакт - с входами третьего и четвертого усилителейа первый неподвижный контакт - непосредственно с входом устройства и через первый инвертор - с вторым неподвижным контактом, а третий неподвижный контакт - с выходом блом постоянного фазового сдвига, вход которого соединен с входом уст. ройства и через второй инвертор с четвертым неподвижным контактом, при этом выход устройства соединен с подвижным контактом второго переключа-. теля, механически связанного с второй отдельном кнопкой .регистратора фазо" 5 О вых сдвигов, первый неподвижный контакт второго переклочателя соединен ./ с выходом седьмого сумматора непосредственно, а второй неподвижный кон-такт - с Выходом седьмого сумматора 55 через третий инвертор, при этом первый вход седьмого сумматора через последовательно соединенные седьмой усили"6286 и десятого 10 усилителей що закону синуса от угла 92 , седьмого 7 усилителя " по закону косинуса Ч и восьмого 8 усилителя - по закону синуса от угла Ч. Изменение козФФи циентов усиления укаэанных усилителей производится при помощи нажатия соответствующей кнопки регистратора 26 Фазового сдвига, в котором группа кнопок 27 соответствует десятцм долям, Фазового, угла, группа кнопок 28 " единицам Фазового угла, группа кно" пок 29 - десяткам Фазового угла,Для получения Фазового сдвига боль" ве 90 ввключается отдельная кнопка 2 б а для получения Фазовых сдаиюв боль" ших 180 о - вторая отдельная, кнопка 31. Включение кнопок 26 и 31 изменяет соответствующим образом коммутацию иие" ющихся в схеме усилителей, сумматоров .и инверторов для получения необходимых математических зависимостей.,Изобретение позвойяет сократить время установки Фазового угла, т,е. повысить быстродействие, с 300 с .до.3 с в диапазоне частот киже 001. Гц, расширить диапазон частот, особенно в области инфранизких частот, до час" тот порядка 0,0001 Гц и ниже, а так"- же увеличить точность установки Фазового угла с 103 у известного до 0,13 у предлагаемого устройства,Объясняется это тем, что при на" жатии соответствующей, кнопки Фазовый сдвиг на выходе предлагаемого уст.- ройства получается практически мгновенно и без каях"либо перерегулирований благодаря тому, что в схеме уст ройства полностью отсутствуют электрические конденсаторы, которые имеется в известном устройстве.При этом точность Фазового углаопределяется только козФФициентами усиления усилителей 1-10, которые при использовании высокоточных резисторов можно выполнить с большой точностью до 0013 , например при ис.-,пользовании резисторов типа С 5-ЯВ. Построение регистратора. фазового сдвига в виде нескольких групп. кнопок, взаимосвязанных между собой, благодаря которым осуществляется дискретное изменение коэффициента усиленияусилителей, повышает чувствительность и точность устройства во всем диапазоне Фазовых углов от .0,1 до 360, . 7. 10193закону косинуса от величины заданного угла .Фазового сдвига .9.Таким образом, зависимость 0; =. Я,(з 1 паФ созУ+созыВв 1 п Ч 11преразу 5ется благодаря электрической схемеустройства в зависимости вида 0 А.ф2 1П Ю Ы Ягде К ЯВЛЯЕТся коэФФициентом усиления усилителя 1 еи изменяется по закону синуса от угла( К -81 п У 1 г );.а К является .коэффициентом усиления другого усилителя и изменяется по .закону косинусаот угла. Ч;(12 =сов У)Для того, чтобы повысить точносгьи чувствительность устройства, полныйФазовый угол Ч; представляется, например, в виде суммы трех слагаемых.У=.У Уз. щПри этом Ч, соответствует десятымдолям заданного угла фазового сдвига,Чу - единицам угла Фазового сдвига,а Ч - десяткам угла Фазового сдвигаВ этомслучае формула 2 , харак."териэующая изменение сигнала на выхо"де устройства, имеет следующим видУ А ш+М )Ли оЧЮ очй(Ч 11. -54 пш в 1 пЧ 61 тф Ч 2 алоэ Чф -51 пФМЙъфМпЮ созЧ Ма Ч -5 Ммй,соэ Ч фжп Ч ЗЮ Ч + Сов Мй, 5 в У Сов 9И1 . 2хооэ.Ч+оовм Ч э 1 пэЧ +Э 1 2 3. +ЮЮ Ш СОЭ ЧСОЗЕ 51 П Р - Соб И1 :.2 3ХП " 11,40Эта зависимость. реализуется йред-: .лагаемым устройством. Блок постоянно.го фазового сдвига Формирует сигнал .сдвинутый на 90 о по Фазе по отношению к входному сигналу., т.е. сигйалОАсозщб. Этот сигнал поступаетчерез йереклечатель,2 ч на вход тре-тьего 3 и четвертого ч усилителей ивход второго инвертора 20.При этом коэффициенты усиления . япервого 1 итретьего 3 усилителей из. меняются по закону косинуса от угла- Ч 1 , второго 2 и четвертого 1 усилителей " по закону синуса от угла Ч;пятого 5 и девятого 9 усилителей - по э .закону косинуса от угла У шестого10193 б 2 г 4 анко Корректор А.Подписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб. 8, /ужгород, ул. Проектная,р В ермак аказ 695/39ВНИИ по д1130 Я И лиал ППП Составител Техоед С,М т иТираж 710 Государств елам иэобр осква ЖеюАПатент", ь А, СтаростигчноваВ Ш жжжж