RU196044U1

RU196044U1 - Устройство сдвига фазы на 90 градусов

Info

Publication number: RU196044U1
Application number: RU2019141469U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-02-14

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии. Устройство содержит делитель напряжений, амплитудный детектор, арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок умножения, причем вход устройства соединен с входом амплитудного детектора и первым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства, а выход амплитудного детектора подключен соответственно к вторым входам делителя напряжений и блока умножения.Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия устройства за счет отсутствия в нем интегрирующих элементов. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована в различных радиотехнических устройствах, использующих квадратурное расщепление синусоидального сигнала, а также в счетчиках реактивной электрической энергии.

Известно устройство сдвига фазы на 90° [Авторское свидетельство СССР №1511705 МПК G01R 25/04, G01R 25/00, опубл. 30.09.1989 г.] содержащее фазосдвигающий элемент, фазовый детектор, интегратор, управляемый делитель напряжения и сумматор, причем вход интегратора соединен с выходом фазового детектора, один из входов которого соединен с входом фазосдвигающего элемента, являющегося входом устройства, выход сумматора является выходом устройства и соединен со вторым входом фазового детектора, а входы сумматора - соответственно с выходами с выходами фазосдвигающего элемента и управляемого делителя напряжения, а управляющий вход - с выходом интегратора.

Недостатком данного устройства является невысокая его точность, обусловленная тем, что оно не обеспечивает равенства амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство сдвига фазы на 90° [Патент на ПМ №168431 РФ, МПК G01R 25/04, опубл. 02.02.2017 г.], содержащее дифференциатор, управляемый делитель напряжения, два амплитудных детектора, дифференциальный сумматор и ПИ-регулятор, причем вход устройства соединен с входом первого амплитудного детектора и входом дифференциатора, выход которого соединен с входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора и является выходом устройства, а выходы первого и второго амплитудных детекторов подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам сумматора, выход которого через ПИ-регулятор соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Данное устройство обеспечивает равенство амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот. Однако применение ПИ-регулятора предопределяет наличие интегрирующего звена, постоянная времени которой выбирается исходя из обеспечения требуемого качества переходного процесса. В результате данное устройство в переходных режимах обладает низким быстродействием, определяемым временем переходного процесса.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия устройства за счет отсутствия в нем интегрирующих элементов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство сдвига фазы на 90°, причем вход устройства соединен с входом амплитудного детектора, содержащее амплитудный детектор и делитель напряжений, дополнительно введены арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок умножения, причем вход устройства соединен с первым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователя косинуса соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства, а выход амплитудного детектора подключен соответственно ко вторым входам делителя напряжений и блока умножения.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение арксинусного преобразователя, формирователя косинуса, блока умножения и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия устройства.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₃ и u_вых.

Устройство (фиг. 1) содержит делитель напряжений 1, амплитудный детектор 2, арксинусный преобразователь 3, формирователь косинуса 4 и блок умножения 5.

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока

подается на входы делителя напряжений 1 и амплитудного детектора 2. После деления входного напряжение на его амплитуду

формируемую амплитудным детектором 2, в блоке деления 1, на его выходе формируется напряжение u₁=sinωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход арксинусного преобразователя 3. Арксинусный преобразователь 3 вычисляет угол, синус которого равен напряжению u₁ на его входе, и формирует на выходе напряжение u₂ треугольной формы с амплитудой

равной π/2. Это напряжение поступает на вход формирователя косинуса 4, и на его выходе формируется u₃=cosωt с единичной амплитудой, сдвинутое по фазе относительно напряжения u₁=sinωt на угол 90° В блоке умножения 5 производится перемножение напряжения u₃ с напряжением

поступающим с амплитудного детектора 2, тем самым происходит восстановление амплитуды входного напряжения.

Таким образом, устройство обеспечивает сдвиг фазы входного синусоидального напряжения на 90° без изменения его амплитуды. Устройство не содержит интегрирующих элементов, тем самым достигается технический результат - повышение быстродействия устройства.

При практической реализации предлагаемого устройства делитель напряжений 1 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Амплитудный детектор 2 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Арксинусный преобразователь 3 можно выполнить по одной из схем (Авт. свид. СССР, №467365, G06G 7/22, 15.04.1975; Авт. свид. СССР, №1256051, G06G 7/22, 07.09.1986.) или на ОУ, включив формирователь синуса, выполненный по одной из схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 270, рис. 10.9; Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь, 1982, стр. 66, рис. 4.22), в цепь его отрицательной обратной связи. Формирователь косинуса 4 можно выполнить на микросхеме AD639 по схеме (Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: БИНОМ, 2014, стр. 311, рис. 5.39). Блок умножения представляет собой перемножитель напряжений на микросхеме КР525ПС3.

Claims

Устройство сдвига фазы на 90 °, содержащее амплитудный детектор и делитель напряжений, причем вход устройства соединен с входом амплитудного детектора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок умножения, причем вход устройства соединен с первым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с первым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства, а выход амплитудного детектора подключен соответственно к вторым входам делителя напряжений и блока умножения.