Преобразователь разности фаз в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСГГУБЛИК ЯО 168(сн 5 6 01 Я 25 ОСУДАРСТВЕ О ИЗОБРЕТЕ РИ ГКНТ ССС ЫИ КОМИГЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ ЕТЕНИЯ К АВТОРСКО ВКДЕТЕЛ ЬСТВУ учнопец" цент одеж ССР86,НОСИ Ф споль, овано, Цель- расрелаксато ность-нап рователь развязки. радиоизмери с вольтмето в качестве самописцек 1, вателем - в ботки инфоробла ейстего ьная ммы ; на ного елем огра- ими 8,ПИСАНИЕ И(71) Красноярский городскойтехнического творчества мол(56) Авторское свидетел ьствоМ 1337811, кл, 6 01 В 25/00,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАВ НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение может бытьв радиоизмерительной техни Изобретение относится к тельной технике и в сочетани ром может быть использова фазометра, а в сочетании с аналого-цифровым и реобраз системах автоматической обр мации. Цель изобретения - расширение сти применения, повышение быстрод вия преобразователя и снижение динамической погрешности.На фиг, 1 приведена функционал схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диагр напряжений, поясняющие его работ фиг,4 - пример выполнения двухканал формирователя импульсов, элемента вязки и их соединений с преобразоват скважность - напряжение.Устройство содержит усилителиничители 1 и 2, формирователи 3, 4, пульсов, интегратор 6, триггеры 7 ширение области применения, повышение быстродействия и снижения динамической погрешности, Преобразователь разности фаз в напряжение содержит усилители ограничи гели 1 и 2, двухканальные формирователи 3 и 4 импульсов, интегратор 5, формирователь б импульсов, триггеры 7 и 8, релаксатор 9, преобразователь 10 скважность - напряжение, двухканальный формирователь 11 импульсог, и элемент 12 развязки Цель достигается за счет регистрации границ 360-циклов, повышения быстродействия преобразователь скважность-напряжение и развязывающих конденсаторов на входах элементов развязки, 1 з,п,ф-лы. 4 ил 9, преобразователь 10 скважжение, двухканальный форми импульсов, элемент 12 Входами преобразователя являются входы усилителей-ограничителей 1 и 2, соединенных выходами соответственно со входами первого формирователя 3 импульсов, второго формирователя 4 импульсов и третьего формирователя 5 импульсов, последний выходом через последовательно соединенные интегратор б и релаксатор 9 соединен со вторым входом первого формирователя 3 и третьим входом преобразователя 10 скважность - напряжение, первый формирователь 3 первым выходол 1 соединен с первым входом триггера 7, а вторым выходом - с первым входом триггера 8, второй формирователь 4 импульсов первым выходом соединен со вторым входом триггера 7, а вторым выходом - со вторым входол 110 15 20 25 ЗС 3 40 45 50 55 тримерэ 8, выходы триггеров соединены спервым и вторым входами преобразователя10 скнажность-напряжение, перныи выходкоторого является Выходом устройства, авторой выход соединен со нходогл двухканального формирователя 11 импульсов, выходы которого, являющиеся вторым итретьим выходами устройства, соединенытакже через элемент 12 развязки с дополнительными входами преобразователя 10скважность-напряжение, Интегратор преобразователя 10 скважность-напряжениесостоит из цоследовательно соединенных/интегратора на злелентах 13-15(Л 1, В 1, Сэ).интегратора ца элементах 16-17 (Й 2, С 2) иинтегратора на элегленгах 18. 19 (Бз Сз)Двухканальный форми ров:э Гель 1 1 цГпульсон содер;ки; дифференцирующ,. юцець 20, ных( д коэорой через диоды 21, 22соединен со входами одновибраторов 23 и24.Элемент т 12 развязки содержит дна зе он 25 и 26 развязки, на входе каждоо изкоэорых включены разделительные конденсаторы 27, 28,Выходы звеньев 25, 26 развязки соединены соответственно с точками соединениерезистора 16 и конденсатора 17 и резистора18 ц конденсатора 19, Вход диффереццирующей цепи 20 соединен с точкой соединения резистора 14 и конденсатора 15,Преобразователь работает следующимобразовал.Входные сигналы Оэ и Оз усиливаютсяи ограничиваются (фиг 2 а, б) усилителямиограничителями 1 и 2, Выходное цапряжеие усилителя-ограничителя 1 (фиг. 2 н),фронты которого соответствуют переходамчерез нуль входного сигнала Оэ (фиг, 2 а),поступает на вход двухканального коммутируемого формирователя 3 импульсон, выходные импульсы которого (фиэ, 2 д, е)соответствуют фронтам выходного напряжения усилителя-ограничителя 1, При измерении разностей фаз, удаленных от 0 и 360",импульсы, показанные на фиг. 2 д,поступают на шину "а", а импульсы, цоказаннье нафиг. 2 е, - на шину "б", Выходное напряжение усилителя-ограничителя 2 (фиг. 2 г) поступает на вход двухканальногоформирователя 4 импульсов. Выходные импульсы этого формирователя (фиг, 2 ж, з) соответствуют переходам через нуль синала02 (фиг, 2 б), импульсы, показанные на фи2 ж, з - на шину "в, "г". Триггеры 7 и 8, цлкоторые посгуцают импульсы по шинам "а"и "в", "б" и "г" соответственно, формируютимпульсы, длительность которых ранна временному интервалу ме;кду ереходамирез нуль в одном направлении си н;эпп 11 и 02 длительностью Л тэ: - т 2- т 1, Л т 2 =- ц- 1 з (фиг, 2 и, к), Выходные сигналы с триггеров 7, 8 поступают на входы преобразователя 10 скнажность-напряжение, которыйвырабатывает напряжение. пропорциональное ( Л т ф Л тз)/2 Т, т,е. обратно пропорциональное усредненной скважности импульсных последовательностей с выходов укаэанных тгэиг еров (Т . период сигналов Ос 02).С выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 сигналы (фиг, 2 н, г) поступают также на входы формирователя 5 импульсов, реализующего операцию "Н ЕТ-И" (возможный вариант выполнения этой операции: один из сигналов, цоказанцэях на фиг. 2 в, г, ицвертируется и вместе с друим снгналом гэостуцает на схему И), На выходе формирователя 5 импульсов вырабатывается последовательность имцульсон, длительнось которых равна временному интервалу, в течение которого положительное напряжение сигнала О э совпадает с отрицательным напряжением 02, либо положительное напряжение 02 - с отрицательным напряжением ОьИмцульсные последовательности с выхода формирователя 5 импульсов(длительность импульсон н этих последовательностях равна Л тэ или Л тз) цос 1, цаюэ на вход интегратора 6. Усили гели-огрел:чители 1 и 2, формирователь 5 имцульсон ц интегратор 6 образуют фазометрический преобразователь разность фаз-напряжение, реализующий принцип работы фазолетров с перекрытием. Зависимость выходного напряжения интегратора 6 от разности фаз между Оэ и 02 показана на фиг 3 аГ 1 о уровням О и О срабатывает релаксатор 9, нход которого соединен с выходом интегратора 6, Выходное напряжение релаксатора 9, зависимость которого от разности фаз между 01 и 0;, показана на фиг, 3 б, поступает на управляющий вход коммутируемого двухканального формирователя 3 импульсов и преобразователя 10 скважность-нацряжение, При напряжениях на входе релаксатора 9, меньших О, на его выходе устанавливается высокий логический уровень нагряжения, а при напряжениях, больших О, релаксатор 9 возвращается в состояние с низким логическим уровнем выходного напряжения. Если сигналы зашумлены, то изломы на фиг, За отсутствуют - зависимость выходного напряжения интегратора 6 от разности фаз между Оэ и 02 показана пунктиром, Это "мертвые зоны" преобразователя с перекрытием. Поскольку релаксатор 9 переключается напряжениями, удаленными от "мертвых зон", существова 1084715ние последних не сказыоавгся на работеустройсзоа,При разностях фаз между .)1 и 1.2 облизиОИ 360 (интервал р 2 - Гузз нафис, З)вцходное напряжение релаксатора 9 узраз)яет 5коммутируемым двухканалыьм формиро.вдтелем 3 импульсоо таким образом, цопоследовательность импульсоо, показаозална фиг. 2 д, постугзает на шину "б. д посладовательность имцульсоо, цокдэаннд.ш 10фиг, 2 е, - на шину "а". Это может быть ред.лизовано, например, перекрестной коммутацией сформирова)ных по нуль-пе)еходзмимпульсов с помощью днухпоэицонного цареключателя, либо формированием импульсов при верхнем логическом уровненапряжения на выходе релаксд горд иэ нзряжения, противофдзного цокдззнному ;д фг2 в.При Этом на оьлодсх 1 а)он ( ", 8 20длительности имг)ульсон равны Г;, 11 йт,.1 з, Во время действия на уцранля)цца входе двухканального коммутлруалого формирователя 3 иллгульсон верхего ог)чс;когоуровня выходного ндцряжен)я ра зкс,норд 259 импульсы с триггеров 7 и 8 Гол, дог приращения по длительности, сооГзетст оуощие заштрихованныл учасзкдл д 1 л, 2 ик. Сумма этих участков по дли ел ы осз и раннапериоду сигнала. 1 акак выходное нзцряление преобразователя 10 скол л нос Гь-цз Г рчжение пропорцицндльно оо ан,юполусуммы длительостей имцульсон нд ныходе триггеров 7 и 8 к Г)ариоду сл;),. товносимый при ныс)кол логичаско уродца З 5оыходнОГО ндГ)1 зяжения р-,лдксдГ,рз 9 1 Гзовый сдвиг равен 180"Выходное напряжение с релд .азора 9(фиг, Зб) поступает з зк же д 3-и нхс д преобразователя 1 О скнджность-напряжение и 40суммируется в нел )аким образок что цривысоком логическом уровне этого напряжения выходное напряжение преобразователя 10 скважность-нацряжеие изменяетсяна 180, т.е. комзенсируе)сч доцолцитальный фазовый сдвиг 180, В результате занисимость напрИкания нз царгзом онходапреобразователя 10 от разноси фаз у) имеет вид, покдэднныи нз фиг 3 н Гслц бцкомпенсирующее нзцряженле с выхода релаксатора 9 не под:знзлось нз сход преобрззователя 10 скнджность-ндцря,кение,выходное напряжение устройства имело бцвид, показанный нд фиГ, ЗГ,Импульсы с р;:лдксатора 9 гри обратном направлении 1 зленания разности фдэпоказаны на фиг д з нд)ряжениа цд первом выходе цраобрззг,нзтеля 10 - нафиг, 3 е, Сменени; рот:;г) сигналов цд злг, Зд, ц о Нос.ителыо цокдзднн. х;ш ;.3 б, о, обьясняеся гестерез солл релд Оэ- рд 9, Едк видно иэ фиг, 3 б, в и 3 д, е, ц,и одном напраэуенли измен.ня рдзност фаз П)аницдм Зб 0 О - циклогз изменения выходного сигнала на фиг, 3 о - аоот нетсзнуот отрицательные фроны напрлжсния оэхо да релдксаторд (фиг. 3 б), а гри об)дтнол направлении изменения разности ,".э Гф 3 а) - цо)ожигельнье Фронт(фиг 3 ) Сла дондтельно, импульсы с ралдксдторд 9 ма)- но использовать для отсчета пройденных ЗОО-циклов лишь цри известном иа изменяющемся в про,есса измереия назрэнланл изменения разности фдз Перепады напряжения на фиг, Зв, е имаот конечную длительность. что понижает рсальное быстродействие преобразователя см нь:аДля устрзения указаных недс сздткон одна из ицс риррощих цецо еиэ эле иа: тон 14-15 в Г)рсоараздо )теле 10 сквджс.стьнацряженце ньцолнлется с умаьше Нсй постоянной времени ерная, если о хо дит н состав фильгрд этого праоб 1 эдзонзза ля) Выходное напряжение этой цепочки может содержать здлетную состаоляоную частоты сигнала, 1(ацряжение с выхода этои цепочки исгзольэуется для опрадегения ломе тд перепада оьходного ндзржен преобрдзоназеля 10 Г.е. границы Зб 0"-цлк лз) и его э д.д, т.а. цо вцходнсму н,з)1 зжс нио цаг очки формироздаль 11 импульсс;н н.рзбзтьцззет д а посладпнзтальос;.; - цульсон, соотнсстоуОцх Г)ара;здзл нзцрчжания нд фиг Зн и Зе и цокзэднн, ,) фиг, Зж и Зз, соотьазстненно .1 Т;ц ул,сы могут бц ь исГ)ользондц, длч Г)с ат,з ц 1;Ои денных 360 -циклон с помощьк) реверс;в ного счетчикаЭти жа импульсы через элемент 12 рдз зязки поступают нз преобрдзодзаль 10 СКнджноатЬ-Нд ПряжЕНИЕ, Гда ОСуьаат Н. я ЮЗ форсиролднньй цсрезд рядодснсзз орог филь ра. Пр фиксировзнной длиельнсгти илпуГ,сон, покзззн ых нз иг 3, и Зз, и здддннь; гокзх па раза ряда кснле.зцры фильзг)з .;Гнут быть пераэарчжаны : д величину, соотнетсгнуощую 360 е:дду ндцр):агя на фиг. Зн, За. Бреля гераэз 1 э- да равно длительности цл)цульсо; а фиг. Зж з и может бьть уманьцано дс Грабуемой величины оыбором необходимо;о;цкз цераэарядд, Поскольку о 1 счезь )дзостц ззэ цо выходному ндпряженио цр)ОбргзсГ зталя делаются с ог;ределаьм; нзацо ;сл з на н а и р а р ы вО, ц е л а с Р О Г) р:з,зГз у Г. ь3 Г ь ;гитал ь ность ГарцгдонГч ".,из нг фиГ. Знз, а до величинэ Оа," :Г).ГСЗ фИГ, Ч ПОКЗЗКО, ЗЗТ НЫ ПОЛлЕНИЯ ф).Л,ЛГ"Г .я 1; ,;,. РГ;1681715 Вх Вх Юаг/ элемента развязки 12. (апряжение с выхода интегрирующей (элементы 13, 14, 15) цепочки с пониженной по сравнению с двумя другими (на элементах 16, 17 и 18, 19) постоянной времени поступает на дифферанци рующую цепь 20, В зависимости от направления изменения разности фаз дифференцирующая цепь 20 выдает импульсы положительной или отрицательной полярности. Эти импульсы через диоды 21 и 22 10 запуска поступают на одновибраторы 23 и 24, выполненные соответственно на транзисторах типа и-р-и и р-и-р. В зависимости от направления изменения разности фаз и, соответственно, полярности импульсов зацу ска срабатывает только один из одновибрагоров 23 и 24. Импульсы с одновибраторов 23 и 24 через звенья 25 и 26 развязки поступают на церезаряд конденсаторов 17, 19 интег раторов преобразовате ля 10 скважность-напряжение, Звенья 25, 26 развязки на р-п-р и п.р-п-транзисторах соответственно содержат по два параллельно включенных каскада по схеме с общей базой - по числу конденсаторов, подлежа щих перезарядке.Преобразователь разности фаз в напряжение позволяег расширить область применения за счет регистрации границ30 360 о-циклов, повысить его быстродействие за счет повышения быстродействия преобразователя скважность-напряжение, а также уменьшить динамическую погрешность преобразователя за счет введения разделительных конденсаторов перед элементами развязки.Формула изобретения 1 Преобразователь разности фаз в напряжение по авт. св. М 1337811, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения быстродействия, он снабжен двухканальным формирователем импульсов и элементом развязки, причем вход двухканального формирователя импульсов соединен с дополнительным выходом преобразователя скоажность-напряжение, а выходы, являющиеся вторым и третьим выходами преобразователя, соединены также со входами элемента развязки, выходы которого соединены с дополнительными входами преобразователя скважность-напряжение,2, Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамической по решности, элемент развязки содержит два развязывающих звена, вход или выход каждого из которых соединен с разделительным конденсатором.дактор Н.Каменская Те ред р Корректор М,Демчи твенно-издательский к рои каз 3504 Тираж ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР