Фазочувствительный преобразователь

ТЕЛ ЬСТ АВТОРСКОМУ л и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭ(56) 1. Патент США В 3659210 кл. 328-134, 1972.2. Волков В.А. Аналоговые устройства современной радиоэлектроники М., "Знание", 1972, с, 32 (прототип) (54)(57) ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫИ ПРЕОБРА ЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, последовательно включенные между источником входного сигнала и входом интегратора первый резистор и первый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и точкой соединения первых резистора и ключа, и источник опорного сигнала, о т ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразованияпри изменениях напряжения источникаопорного сигнала, введены трансформатор, первичная обмотка которого соединена с источником опорного сигналаисточник постоянного напряжения, включенный между одним из выводов вторичной обмотки трансформатора и общейшиной, последовательно соединенныйтретий резистор, второй ключ, второйинтегратор и амплитудный компаратор,выход которого соединен с управляющи.ми входами первого и второго ключей,и конденсатор, включенный междувторым входом амплитудного компаратора и другим выводом вторичнойобмотки трансформатора, к которомутакже подключен второй вывод третьегрезистора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в. системах автоматическогоуправления и регулирования в устройствах измерения и преобразования регулируемых физических величин.Известен фазочувствительный преобразователь, содержащий операционный усилитель с целью резистивнойотрицательной обратной связи, инвертирующий вход которого через первыйделитель напряжения соединен с источником сигнала, и последовательно соединенные и включенные между источником сигнала и неинвертирующим входомоперационного усилителя ключ и второйделитель напряжения, при этом управляющий вход ключа соединен с источником опорного сигнала 1.Недостатком этого фаэочувствительного преобразователя являетсяневысокая точность, обусловленнаяизменением в процессе работы входного отверстия и зависимостью выходногонапряжения от изменений напряжения25источника опорного сигнала, которымпитается датчик измеряемой величины.Наиболее близким к предлагаемомуявляется фазочувствительный преобразователь, содержащий интегратор,последовательно включенные междуисточником входного сигнала и входом интегратора первый резистор ипервый ключ, второй резистор, включенный между выходом интегоатооа и 35точкой соединения первых резистора иключа, и источник порного сигнала,соединенный с управляющим входомпервого ключа 23.Однако известный Фазочувствительный преобразователь также имеет невысокую точность преобразования, обусловленную зависимостью выходногонапряжения от изменений напряженияисточника опорного сигнала, питаю- ,45щего датчик измеряемой физическойвеличины,Цель изобретения - повышениеточности преобразования при .изменениях напряжения источника опорного Юсигнала,Поставленная цель достигаетсятем, что в фазочувствительный преобразователь, содержащий интегратор,последовательно включенные между 55источником входного сигнала и входоминтегратора первый резистор и первыйключ, второй резистор, включенный между выходом интегратора и точкойсоединения первых резистора и ключа,и источник опорного сигнала, введеныбтрансформатор, первичная обмоткакоторого соединена с источникомопорного сигнала, источник постоянного напряжения, включенный междуодним из выводов вторичной обмоткитрансформатора и общей шиной, последовательно соединенные третий резистор, второй ключ, второй интегратори амплитудный компаратор, выход которого сОединен с управляющими входами первого и второго ключей, иКонденсатор, включенный между вторымвходом амплитудного компаратора идругим выходом вторичной обмотки трансформатора, к которому .также подключен второй выход третьего резистора.На фиг. 1 приведена электрическаяпринципиальная схема предлагаемогофазочувствительного преобразователя;на фиг. 2 - диаграммы, поясняющиеработу устройства.Фаэочувствительный преобразовательсодержит первый 1 и второй 2 интеграторы, первый 3 и второй 4 ключи,источник 5 входного сигнала, источник6 опорного сигнала, источник 7 постоянного напряжения, трансформатор 8,первый 9, второй 10 и третий 11 резисторы, амплитудный компаратор 12и конденсатор 13.Устройство работает следующимобразом,Управление первым 3 и вторым 4ключами осуществляется раэнополярнымиимпульсами прямоугольной формы Цкоторые формируются на выходе амплитудного компаратора 12, Для этогона второй вход амплитудного компара"тора 12 подается сигнал переменноготока О (фиг, 2 а) со вторичнойобмотки трансформатора 8 через конденсатор 13. На первый вход амплитудногокомпаратора 12 поступает напряжениесмещения постоянного тока О м (фиг.2 а)с выхода второго интегратора 2. Приэтом на выходе амплитудного компаратора 12 образуются импульсы прямоугольной формы 0 (фнг. 26), симметричные относительно сигналов переменного тока О . Изменение полярностийрямоугольнйх импульсов происходитв моменты времени, когда мгновенноезначение сигнала переменного токац равно напряжению смещения постоянного тока и, следовательно, скважность3 1 импульсов или угол включения с(, определяется соотношением сигналов.Первый 3 и второй 4 ключи при положительной полярности прямоугольных импульсов открыты (замкнуты), при отрицательных - закрыты (разомкнуты) При этом на вход первого интегратора поступает только заштрихованная част входного сигнала О(фнг. 2 в).В разомкнутом состоянии первого 3 и второго 4 ключей первый 1 и второй 2 интеграторы работают в режиме памя ти и сигналы на их выходах остаются постоянными в течение каждого импуль са О отрицательной полярности. Это позволяет представить входной сигнал в виде эквивалентного входного сигнала, образованного "сшиванием" заштрихаванных участков входного сигнала 0(фиг, 2 г). Эквивалентный входной сйгнал имеет переменную "составляющую, которая на выходе первого интегратора 1 фильтруется, и постоянную составляющую, которая для укаэанного входного сигнала определяется выражением7 сов сэх ьв: я Л 2 сс вх е 125738 4где О= % р - входное напря-.жение фазочувствительного преобразователя при5номинальном напряжении источника1 дЦ опорного сигналаьЕО ин р -- отклонение входвх. дн ного. напряженияО от номинальногозначения.Коэффициент передачи цепи от первого резистора 9 до выхода первого. интегратора 1 для сигналов перемен 15 ного тока определяется выражением2 осгде Ъ(с) = - зависимость козфХсозс20Тсфициента передачиот угла включения с;Р и Р - сопротивление ре 8 х осзисторов 9 и 10,25 Из приведенного выражения следует,что при о= О, т,е, при 0 = О.2 Рос--- причем при ОО коэффиУциент передачи возрастает, а при о С Оубывает,Таким образом, при изменении углавключения а изменяется постояннаясоставляющая эквивалентного входного35сигнала. Это обстоятельство используется в замкнутом контуре, образованном вторым интегратором 2, ампли"тудным компаратором 12 и связью выхода амплитудного компаратора 12с управляющим входом второго ключа 4.На вход второго интегратора 2 поступает сумма опорного напряжения постоянного тока Ос выхода источника 7постоянного напряжения (для выбран 45 ного условия открывания ключей приположительной полярности импульсовуправления 0 полярность источника 7постоянного напряжения должна бытьотрицательной) и переменного нап 50ряжения Ц .с вторичной обмотки тран"сформатора 8.Эквивалентный входной сигнал на где вх.в Входной сигнал гденгдейО - отклонение напряжения источника 6 опорного сигнала от номинального значения. При этом 55- амплитудное значение входного сигнала 08В- измеряемая физическая величина, например угол поворота ротора относительностатора; выхопное напряжение источникд 6 опорного сигнала и его номинальное значение; коэффициент преобразовапия датчика.входе второго интегратора, равен2 0 4 соС 3-О ,В установившемся режиме работы упомянутого контура значение эквивалентного входиоро сигнала должке становиться равныМ нулю, так какв состав контура в прямой цепи входитвторой интегратор 2 благодаря чемуконтур является астатическим. Этоозначает, что при работе контура навыходе второго интегратора 2 устанав-, 5ливается такое напряжение смещения0 , что соответствующее ему значение%(с) становится равным где 1 - коэффициент передачи трань р сформатора 8. Подставив это значение в к(о получаем20 т.е. зависимость кЖ) оказывается обратно пропорциональной напряжению источника опорного сигнала.При этом сигнал на выходе фазочувствительного преобразователя2 Я ос В(ы)0й Ой ВХ 21/2 Ц (и +ДЦ Р.//О .дО й, и, Ф Ц = Р 1, О дРн Вх три или /"вь/х: "пр Овк-н40ос одгде кто = О К коэффициентвк О н тр пе е а-ифазочувствительногопреобразователя.Таким образом, выходной сигнал фазочувствительного преобразователя определяется только номинальной 50 составляющей входного сигнала при данном значении р физической величины, соответствующей значению входного сигнала для данного я при номинальном значении О и напРЯжениЯ ис 55 точника опорного сигнала.Ф К( С) = 0 ПО1 О2Г тр.щАмплитудное значение напряженияна вторичной обмотке трансформатора 8определяется выражением 5и=и Я-и+ьо Ргг) Соотношение О о и номинальногонапряжения % р О н на вторичнойобмотке трансформатора 8 удобновыбирать таким образом, чтобы приноминальном напряжении источника 6опорного сигнала угол К был равеннулю, при этом Ц = О и управляющиеимпульсы положительной и отрицательной полярностей равны по длительности. Подставив в к(о 1) значениес = О, получаем из условия установившегося режимауО 1 сО 0искомое соотношениецои . ггн тРПри этом значение выходного сигнала фазочувствительного преобразователя как при номинальном для данногозначении входного сигнала,так и при его отклонениях от номинального значения в результате колебаний напряжения источника 6 опорного сигнала определяется выражениемО ф-= - О2 У 2 осВЫК= " г Х ВКнПри изменении фазы входного сиг"нала на 180 изменяется знак эквивалентного входного сигнала и знаквыходного напряжения фазочувствительного преобразователя. В общемслучае с учетом фазового сдвигамежду входным сигналом ОВХ= О ахя 81 о (мФ+1 и напряжениемисточника переменного тока последняязависимость принимает вид2 В осО =- -- 0 созМ.бык = у йак Вк нТаким образом, выходное напряжениефазочувствительного преобразователяпри каждом значении угла практическине зависит от колебаний напряженияисточника напряжения опорного сигнала,Применение предложенного фазочувствительного преобразователя вустройствах измерения физическихвеличин позволяет отказаться от использования сложных и дорогостоящихстабилизаторов напряжения источникаопорного напряжения и обеспечиваетпри этом инвариантность выходного сигнала к колебаниям напряжения источникаопорного сигнала,11 г 5738 эИ оставитель О. ГаврилинаехРед М,кузьма Кор Николай Реда аказ 8556 илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. ПроектнаФ Тираж 8 б 1 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 035, Москва, Ж, Раув