Фазовый дискриминатор

(59 4 Н 03 Э ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВ тильиыи институт змери- повыфиа ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение оттельной технике и о и Г.С. Селезнев8)етельство СССР1) 3/04, 1981,ИМИНАТОРносится к ибеспечивает шение точности и расширение диапазона рабочих частот. Фазовый дискриминатор содержит источник 1 опорногосигнала, источники 2 входного сигнала, ЗК-триггеры 3 и 4; инвертор 5,формирователь 6 коротких импульсов,элементы И 7 и 8 преобразователь 9частота - напряжение, сумматор 10,состоящий из элемента ИЛИ 11, управляемого широтно-импульсного преобразователя 12 и блока 13 установкиполярности выходного напряжения. 5 ил.4355 5 10 15 20 25 30 З 5 импульсов напряжения(фиг. 4 д),40 1133Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения разности Фаз двух напряжений, и может быть использовано в радиотехнических устройствах, а также в следящих многодвигательных электроприводах.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона рабочих частот фазового дискриминатора.На Фиг, 1 приведена структурная электрическая схема фазового дискриминатора, на фиг. 2 - структурная электрическая схема управляемого широтно-импульсного преобразователя, на фиг. 3 - электрическая принципиальная схема блока установки полярности выходного напряжения, на фиг, 4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу фазового дискриминатора.Фазовый дискриминатор (фиг. 1) содержит источник 1 опорного сигнала, источник 2 входного сигнала, первый и второй Ж-триггеры Э и 4, инвертор 5, формирователь 6 коротких импульсов, первый и второй элементы И 7 и 8, преобразователь 9 частота - напряжение, сумматор 10, включающий элемент ИЛИ 11, управляемый широтно-импульсный преобразователь 12, блок 13 установки полярности выходного.напряжения.Управляемый широтно-импульсный преобразователь 12 (фиг. 2) содержит источник 14 эталонного тока, ключи 15-17, одновибраторы 18 и 19, конденсаторы 20 и 21, повторители 22 и 23 напряжения.Блок 13 установки полярности напряжения (фиг. 3) содержит операционный усилитель 24, транзистор 25, общую шину 26, первый и второй резисторы 27 и 28. 45фазовый дискриминатор работает следующим образом.Предположим, что входной сигнал отстает по фазе от опорного сигнала, Работу фазового дискриминатора в 50 этом режиме поясняют временные диаграммы напряжений, представленные на фиг. 4. Опорный сигнал в виде последовательности прямоугольныхимпульсов напряжения О, (фиг. 4, а) со скважностью Ц = 2 поступает с выхода источника 1 опорного сигнала на вход инвертора 5, на Ю-вход,Ж-триггера Э, на Л-вход,Ж-триггера 4 и на вход преобразователя 9 частота -напряжение,С выхода инвертора 5 инвертированные прямоугольные импульсы напряжения опорного сигнала П- (фиг. 4, б)подаются на К-вход ЛК-триггера 3.Одновременно на К-вход Ж-триггера4 и вход формирователя 6 короткихимпульсов с выхода источника 2 входного сигнала поступает входной сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов напряженияП, (фиг, 4 в) со скважностью Я=2, отстающих по фазе от прямоугольныхимпульсов напряжения П, опорногосигнала,Задними фронтами прямоугольныхимпульсов напряжения опорного сигнала Ц, осуществляется перевод Ж-триггера 4 в состояние, в котором наего прямом выходе будет напряжение,соответствующее логической "1", ана инверсном - логическому "О". Перевод Ж-триггера 4 в противоположное состояние, в котором на егопрямом выходе будет напряжение,соответствующее логическому "О", ана инверсном выходе - логической"1", осуществляется задними Фронтамипрямоугольных импульсов напряжениявходного сигнала П,При этом напрямом выходе,Ж-триггера 4 возникает последовательность прямоугольных длительность которых прямо пропорциональна разности Фаз прямоугольныхимпульсов напряжения опорного П и входного П сигналов, а на его инверсном выходе - инвертированная последовательность этих же импульсов напряжения П (фиг. 4 е).Формирователь 6 коротких импульсов формирует короткие прямоугольные импульсы напряжения П 4 (фиг. 4 3), передний Фронт которых совпадает с передним Фронтом прямоугольных импульсов напряжения входного сигнала П. Эти импульсы поступают на синхронизирующий вход Ж-триггера 3, В .связи с тем, что в этом режиме работы фазового дискриминатора при поступлении на синхронизирующий вход.Ж-триггера 3 прямоугольного импульса напряжения на его д-входе всегдабудет напряжение, соответствующеелогической "1", то,Ж-триггер 3 принимает состояние, в котором на егопрямом выходе устанавливается напря 13343жение, соответствующее логической "1", а на инверсном - логическому 0. Поэтому на выходе элемента И 8 - напряжение, соответствующее логическому "0", а элемент И 7 пропускает на один из входов логического элемента ИЛИ 11 последовательность прямоугольных импульсов напряжения Уо с прямого выхода ЗК-триг гера 4.С выхода элемента ИЛИ 11 последовательность прямоугольных импульсов Б, (фиг. 4 ж) поступает на вход управляемого широтно-импульсного 15 преобразователя 12, т.е. управляющий вход его ключа 15 и вход одновибратора 18 (фиг, 2). На управляющий вход управляемого широтно-им.пульсного преобразователя 12, т.е. 20 на управляющий вход источника 14 эталонного тока 14 (фиг, 2), с выхода преобразователя 9 частота-напряжение подается напряжение прямо пропорциональное частоте прямоугольных импульсов напряжения опорного сигнала Цтока.Напряжение на конденсаторе 20 линейно увеличивается и к окончанию действия прямоугольного импульса напряжения равняется 1,Уто(3) где У, - напряжение на конденсаторе 20;С,о - емкость конденсатора 20,- длительность прямоугольного импульса напряженияна входе управляемого широтно-импульсного преобразователя 12.После постановки выражений (1), (2) в формулу (3) получают 55агде 1, - ток источника 14 эталонноготока,К - коэффициент пропорциональности между выходным напряжением преобразователя 9частота-напряжение и токомисточника 14 эталонного(1)где П - выходное напряжейие обратного частотно-импульсногопреобразователя 9 частотанапряжение,о - частота прямоугольных импульсов напряжения опорного сигнала П ,Т, - период прямоугольных импульсов напряжения опорно-го сигнала П,Кз - коэффициент пропорциональности между частотой прямоугольных импульсов напряже-,ния опорного сигнала Ц ивыходным напряжением О преобразователя 9 частота-напряжение.При появлении на входе управляемого широтно-импульсного преобразователя 12 прямоугольного импульсанапряжения с длительностьюоткрывается его ключ 15 и конденсатор 20начинает заряжаться от источника 14эталонного тока. Величина тока заряда конденсатора 20 прямо пропорциональна величине напряжения на управляющем входе источника 14 эталонноготока(2) э Ки Пч- коэффициент пропорциональностимежду отношением длительностипрямоугольныхимпульсов напряжения на входеуправляемогоширотно-импульсного преобразо-вателя 12 Пик периоду То прямоугольных импульсов напряжения опорного сигнала О, и напряжением на конденсаторе 20 Бю . уИз выражения (4) видно, что кокончанию действия прямоугольногоимпульса напряжения на входе управляемого широтно-импульсного преобразователя 12 напряжение на конденса торе 20 будет прямо пропорциональноотношению длительностиэтого импульса к периоду Т прямоугольныхимпульсов напряжения опорного сигнала П 1, т.е. не зависит от частоты40 45 50 55 опорного сигнала, а зависит толькоот величины разности Фаз опорногои входного сигналов, В момент окончания действия прямоугольного импульсанапряжения на входе управляемогоширотно-импульсного преобразователя12 ключ 15 закрывается и запускаетсяодновибратор 18. Сформированный имкороткий прямоугольный импульс напряжения поступает на управляющийвход ключа 1 и открывает его. К конденсатору 20 через повторитель 22напряжения подключается конденсатор21. Напряжение на нем и соответственно на выходе повторителя 23 напряжения, т.е. на выходе управляемогоширотно-импульсного преобразователя12, становится равным напряжениюна конденсаторе 20, определяемомуиз выражения (4),В момент возврата одновибратора18 в исходное положение запускаетсяодновибратор 19. Короткий прямоугольный импульс напряжения, формируемыйим, поступает на управляющий входключа 16 и включает его. Конденсатор 20 полностью разряжаетсяПривозвращении одновибратора 19 в исходное состояние ключ 16 закрывается, и управляемый широтно-импульсный преобразователь 12 снова готовк преобразованию следующего входного импульса напряжения.Повторители 22 и 23 напряженияимеют большое входное сопротивлениеи предотвращают разряд конденсаторов 20 и 21 соответственно. Поэтому напряжение на выходе управляемого широтно-импульсного преобразователя 12 О, сохраняется практически неизменным до поступленияна его вход следующего прямоугольного импульса напряжения. Допустим,что это напряжение имеет положительную полярность. Оно подается навход блока установки полярности выходного напряжения 13, т.е. на обавхода операционного усилителя 24с единичным коэффициентом усиления.Одновременно через резистор 27на базу транзистора 25, т.е. на управляющий вход блока 13 установкиполярности выходного напряжения, спрямого выхода ЗК-триггера 3 поступает постоянное напряжение Цр положительной полярности,.величина1 1которого эквивалентна логической 1Транзистор 25 открывается. Неинвер 5 10 15 20 25 30 35 тирующий вход операционного усилителя 24 подключается к общей шине 26,Операционный усилитель 24 инвертирует входное напряжение Ц , Напряжение на его выходе 13 з и на выходефазового дискриминатора имеет отрицательную полярность и равняется помодулю входному напряжению Б, .Работу фазового дискриминаторапри опережении по фазе входным сигналом опорного поясняют временныедиаграммы, приведенные на фиг. 5При работе фазового дискриминаторав этом режиме, как и в указанном -задними Фронтами прямоугольных импульсов напряжения входного сигнала(фиг, 5 в) осуществляется перевод ЛК-триггера 4 в состояние, вкотором на его прямом выходе - напряжение, соответствующее логическому 0, а на инверсном - логической "1", а задними фронтами прямоугольных импульсов напряжения опорного сигнала Б, (фиг. 5 а) - в противоположное, На фиг. 5 б приведенывременные диаграммы на выходе инвертора 5.На инверсном выходе ЮК-триггера4 возникает последовательность прямоугольных импульсов напряжения Б(фиг. 5 е),длительность которыхпрямо пропорциональна разности фазпрямоугольных импульсов напряженияопорного П и входного У сигналов.На его прямом выходе - инвертированная последовательность этих импульсов напряжения Б (фиг, 5 Д,),1 На Л-входе 3 К-триггера 3 при поступлении на его синхронизирующий вход коротких прямоугольных импульсов напряжения Ъ (фиг. 5 2:) с выхода формирователя 6 коротких импульсов при работе фазового дискриминатора в данном режиме будет напряжение, соответствующие логическому "0". Поэтому ЗК-триггер 3 принимает состояние, в котором на его прямом выходе устанавливается напряжение, соответствующее логическому "0", а на инверсном - логической "1". На выходе элемента И 7 напряжение становится эквивалентным логическому "0". Элемент И 8 начинает пропускать на один из входов элемента ИЛИ 11 последовательность прямоугольных импульсов напряжения 04 с инверсного выхода .Ж-триггера 4,7 133С выхода логического элемента ИЛИ 11 эта последовательность прямоугольных импульсов напряжения Б (фиг. 5 ж) поступает на вход управляемого широтно-импульсного преобразователя 12, В соответствии с указанным принципом работы он преобразу ет поступающие на вход прямоугольные импульсы напряжения. в постоянное напряжение положительной полярности, величина которого согласно формулы (4) прямо пропорциональна длительности входных прямоугольных импульсов напряжения и частоте опорного сигнала, т.е. разности фаз опорного и входного сигналов.На управляющий вход блока 13 установки полярности выходного напряжения, т.е. через резистор 27 на базу транзистора 25, с прямого выхода ЛК-триггера 3 подается напряжение Б , соответствующее логическому "О", Кроме того, на базу тран-. зистора 25 через резистор 28 поступает напряжение смещения Бс, запирающее транзистор 25. Операционный усилитель 24 работает как неинвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, Поэтому на его выходе - напряжение положительной полярности, величина которого равна входному. Формула изобретения Фазовый дискриминатор, содержащий инвертор, первый ЛК-триггер, два43558элемента И, сумматор и второй 3 Ктриггер, 3-вход которого и вход инвертора соединены с источником опорного сигнала а К-вход - с источни 1ком входного сигнала, прямые выходыпервого и второго ЗК-триггеров подключены к входам первого элементаИ, а их инверсные выходы - к входам 10 второго элемента И, выходы элементов И подключены к информационнымвходам сумматора, выход которогоявляется выходом фазового дискриминатора, о т л и ч а ю щ и й с я 1 тем, что, с целью повышения еготочности и расширения диапазона рабочих частот, введены формирователь ко,ротких импульсов, включенный междувыходом источника входного сигнала 20 и входом синхронизации первого ЗКтриггера, К-вход которого подключенк выходу инвертора,а 7-вход подключен к источнику опорного сигнала, атакже преобразователь частота - на пряжение, вход которого подключен квыходу источника опорного сигнала,при этом сумматор выполнен управляемым и содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, управляемйй З 0 широтно-импульсный преобразовательи блок установки полярности выходного напряжения, выход которого яв-ляется выходом сумматора, причем выход преобразователя частота напряже ние подк чен к упРав е у в одусумматора, а прямой выход первогоЗК-триггера подключен к входу блокаустановки полярности выходного напряжения.1334355 а Составитель А.КолосовТехред И.Попович Редактор И.Касард Корректор. В,Бутя Заказ 3979(56 сно оизводственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 901 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушс