Цифровой фазометр

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) (1 А 1 И 400 Щ"Р "1 Ц 7.ЯОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К пературы р-и-переходов туннельных одон, входящих в переключающие эл менты 3 и 4, С помощью сумматоров 12,13, 1)-триггеров, 14, 15, инве рующих ключей 16, 17, делителя 18 два и элемента И 19 выполняется п реключение туннельных диодов на в ходящую ветвь характеристики через один период квантующей частот При этом средняя мощность не изме ский интина тех Чмых8) и МК(088.видет05 ельство ССС /01, 1974, ьство СССР 25/00, 1972 ы. дете О В сиг- осног риода вх р-и-пере Фазометр локи 1 и няется в теч нала и темпе е о(57) Изобретенвано в устройсфазЦель изоб оде остоя етс к согласуюлючн 5 их импульИЛИ 9, элзадающий ак О 11,ые ратор 7 ква мент ИСКЛЮЧА 10 счетчик тующи точности. Цель нием фаэоампли вносимой перем 3 и ремил ОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.М. Геник (53) 621317.37 (56) Авторское628456, кл. САвторское св У 398887, кл. С АЗОМЕТР,е может быть использовах измерения сдвигаетения - повьппениедостигается исключеудной погрешности,иной составляющей темтуры ной. щие 6, г ов, мент блокИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых фазометров, предназначенных для измерения сдвига фаз гармонических сигналов в широком диапазоне частот.Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига фаз.На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на Виг. 2- эпюры напряжений, поясняющие принцип работы фазометра, на фиг. 3 - функциональная схема переключающего элемента; на фиг. 4 - функциональная 5 схема инвертирующего ключа.Цифровой фазометр содержит два согласующих блока 1 и 2, два переключающих элемента 3 и 4, два токовых ключа 5 и 6, генератор 7 квантую щих импульсов, времязадающий блок 8, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ. ИЛИ 9, элемент И 10, счетчик 11, причем первые входы переключающих элементов 3 и 4 подключены к прямому выходу генератора 25 7 квантующих импульсов, а их выходы - к входам токовых ключей 5 и 6, выход времязадающего блока 8 подключен к первому входу элемента И 10, выход которого подключен к входу счет 30 чика 11, а также два сумматора 12 и 3, два Б-триггера 14 и 15, два инвертирующих ключа 16 и 17, делитель 18 частоты на два, дополнительный элемент И 19, подключенный первым 35 входом к элементу ИСКЛОЧАОЩЕЕ ИЛИ 9, а вторым - к входам синхронизации Р-триггеров 14 и 15, управляющим входам инвертирующих ключей 16 и 17 к входу времязадающего блока 8 и к 40 выходу делителя 18 частоты на два, причем выход дополнительного элемента И 19 подключен к входу элемента И 10, выходы согласующих блоков 1 и 2 - к первым входам сумма тора 12 и 13, выходы которых подключены к сигнальным входампереключающих элементов З.и 4, выходы токовых ключей 5 и 6 подключены к 0-входам Э-триггеров 14 и 15, а выходы Р-триггерон соединены с входами инвертирующих ключей 16 и 17 и входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЧИ, инвесрный выход генератора 7 квантующих импульсов соединен с вторыми входами пере ключающих элементов 3 и 4, а логический выход генератора 7 квантующих импульсов подключен к делителю 18 частоты на два, выходы инвертирующих ключей 16 и 17 подключены к вторымвходам сумматоров 12 и 13, кроме того, инпертирующий ключ (фиг, 4) содержит инвертор 20, второй и третийдополнительные элЕменты И 21 и 22,два ключа, 23 и 24, причем первые входы элементов И 21 и 22 соединены суправляющим входом инвертирующих ключей 16 и 17, вход инвертора 20 соединен с вторым входом элемента И 21 ивходом инвертирующего ключа 16(17), выход инвертора 20 соединен свторым входом элемента И 22, выход. элемента И 21 подключен к управлящему входу первого ключа 23, информационный вход которого соединен систочником отрицательного напряжения, выход элемента И 22 соединен суправляющим входом второго ключа 24,информационный вход которого соединен с источником положительного напряжения, выходы ключей 23 и 24 объединены и соединены с выходом инвертирующего ключа 16(17), переключающий элемент 3(4) содержит туннельные диоды 25 и 26, причем анод туннельного диода 26 соединен с катодом туннельного диода 25, эта точка является сигнальным входом переключающего элемента 3(4) и одновременно его выходом. Анод туннельного диода 25 является первым входом переключающего элемента 3(4). Катод туннельного диода 26 является вторым входом переключающего элемента3(4),Фазометр работает следующим образом.Рассматривают работу одного каналаформирования сигнала. Входной синусоидальный сигнал (фиг. 2 а) поступаетна согласующий блок 1, который можетбыть выполнен в виде эмиттерного повторителя. Далее сигнал поступает насумматор 2, например резистивный,и с него на переключающий элемент 3.С генератора 7 квантующих импульсовна входы переключающего элемента 3поступают положительные и отрицательные импульсы (фиг. 2 б,в), Переключающий элемент 3 выполнен в виде парыпоследовательно соединенных туннельных диодов 25 и 26 (фиг. 3) с импульсным питанием (пары Гото) , Под воздействием отрицательной нолуволнысигнала по фронту импульсного питания переключается диод 25, а при по-,ложительной полуволне - диод 26. Сос 3 14221 тояние пары Гото преобразуется токовым ключом 5 в стандартные логические уровни. Токовый ключ 5 представляет собой быстродействующий уси 5 литель, Р-триггер 14 считывает сигнал с токового ключа 5 по фронту импульсов, поступающих с делителя 18 частоты на два. Это считывание происходит в момент времени, предшествующий окончанию импульса с токового ключа 5, так как суммарная задержка переключающего элемента 3 и токового ключа 5 больше задержки делителя 18 частоты на два. Сигнал, считанный Р-триггером 4 (фиг. 2 к), поступает на вход инвертирующего ключа 16. Последний работает следующим образом.Когда с делителя 18 частоты на два на управляющий вход инвертирующего ключа 16 поступает логический "0", ключ 16 закрыт, на его выходе напряжение отсутствует (фиг. 2 л) и входной сигнал проходит через сумматор 12 без изменения. В случае логиче ской на управляющем входе инвертирующий ключ 16 вырабатывает напряжение, противоположное по знаку входному, по величине большее максимального входного сигнала. Это напряжение поступает на сумматор 12 и складывается с входным сигна-. лом. На выходе сумматора 12 возникает напряжение (фиг. 2 д), противоположное по знаку входному сигналу, это35 приводит к тому, что переключающий элемент 3 по очередному импульсу питания переходит в состояние, противоположное предыдущему (фиг. 2 е). Это состояние не считывается 11-триг 40 гером 14, так как этот момент времени соответствует срезу импульса с делителя 18 частоты на два.Переключающий элемент 3 каждый второй период квантующей частоты переходит в состояние, противоположное предыдущему (фиг.2 е), т.е. каж" дый туннельный диод 25 и 26 переключается на вторую восходящую ветвь характеристики через один период квантующей частоты. При этом средняя мощность, рассеиваемая на диодах 25 и 26, не изменяется в течение периода входного сигнала. Температура р-и-переходов остается постоянной, так как тепловая постоянная времени1р-и-переходов много больше перйода квантующих импульсов. Таким образом, исключается фазоамплитудная погреш 814ность, обусловленная переменной составляющей температуры р-и-переходов туннельных диодов 25 и 26. Канал формирования сигнала, состоящий из согласующего блока 2, сумматора 3, переключающего элемента 4, токового ключа 6, Р-триггера 15 и инвертирующего ключа 17, работает аналогично. Сигналы с выходов Р-триггеров 14 и 15 поступают на входы элемента ИСК 1 ПОЧАЮЦЕЕ ИЛИ 9, который формирует интервалы времени, длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу между входными сигналами. Дополнительный элемент И 19 осуществляет квантование интервала времени. Времязадающий блок 8 может быть реализован в виде последовательного соединения счетчика импульсов и триггера. Импульсы времени измерения с выхода времязадающего блока 8 управляют прохождением счетных импульсов с дополнительного элемента И 19 через элемент И 10 на счетчик 11. Число импульсов, зарегистрированных счетчиком 1,- ЙЙ., о180,где 1 я - время измерения,Со - период частоты, выраба"тываемой делителем 18частоты на два;9, - измеряемый фазовый сдвиг.Если из,йо = 18 1 О", где п = 1,2,3 то И соответствует измеряемому фазовому сдвигу в градусах (и =1) или долях градуса в десятичнойсистеме.Инвертирующий ключ работает следую",щим образом,Если на управляющем входе логический "О", на выходе элементов И 21,22 также логический "0", ключи 23 и24 закрыты и напряжение на выходеинвертирующего ключа отсутствует.Если на управляющем входе логическая ."1" и на входе инвентора 20 такжелогическая "1", ключ 23 открыт и навыходе инвертирующего ключа, отрицательное напряжение. Если на входеинвертора 20 логический "0", открыт ключ 24 и на выход проходит положительное напряжение.Таким образом, использование новыхэлементов, а именно: двух сумматоров, двух Ю-триггеров, двух инвертирующих ключей, дополнительного элемента И и делителя частоты на два ссоответствующими связями позволяет исключить составляющую фаэоамплитуд" ,:ной погрешности, обусловленную переменной составляющей температуры р-и 5 переходов туннельных диодов, и в целом повысить точность измерения сдвига фаэ,Формула изобретения1 О1, Цифровой фаэометр, содержащий два согласующих блока, два переключающих элемента, два токовых ключа, генератор квантующих импульсов, времязадающий блок, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И, счетчик, причем первые входы переключающих элементов соединены с прямым выходом генератора квантующих импульсов, а их выходы - с входами токовых ключей, выход вре мязадающего блока соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом счетчика, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения сдвига фаз 25 он снабжен двумя сумматорами, двумя В-триггерами, двумя инвертирующими ключами, делителем частоты на два, дополнительным элементом И, соединенны первым входом с выходом элемента Зо ИСКПЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вторым - с входами синхронизации Р-триггеров, управляющими входами инвертирующих ключей, с входом времязадающего блока и выходом делителя частоты на два, причем выход дополнительного элемента И соединен с входом элемента И, выходы согласующих блоков соединены с первыми входами сумматоров, выходы которых соединеныс сигнальными входами переключающих элементов, выходы токовыхключей соединены с Э-входами Р-триггеров, а выходы Э-триггеров соединеныс входами инвертирующих ключей,и вхоУдами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход генератора квантующих импульсов соединен с вторыми входамипереключающих элементов, логическийвыход генератора квантующих импульсов соединен с входом делителя частоты на два, а выходы инвертирующихключей соединены соответственно с входами сумматоров,2, Фаэометр по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что инвертирующийключ содержит инвертор, второй и третий дополнительные элементы И, дваключа, причем первые входы элементов И соединены между собой и с уп"равляющим входом инвертирующего ключа, вход.инвертора соединен с вторым входом второго дополнительногоэлемента И и входом инвертпрующегоключа, выход инвертора .соединен свторым входом третьего дополнительного элемента И, выход второго дополнительного элемента И соединен с управляющим входом первого ключа, информационный вход которого соединенс источником отрицательного напряжения, выход третьего дополнительного элемента И соединен с управляю"щим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с источником положительного напряжения,выходы ключей объединены и соединены с выходом инвертирующего ключа.1422181 оставитель М. Катанова Техред Л.Олийнык Корректор А.Обруча Редактор И. Горн аказ 4427/4 Т одписно твенн нская наб. Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,. ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Госудаф по делам из13035, Москва, Ж бретен 35, Ра о комитета СССРй и открытий