RU206073U1

RU206073U1 - Управляемый фазовращатель

Info

Publication number: RU206073U1
Application number: RU2021113286U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-08-18

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при построении измерительных преобразователей, где необходимо управление фазой синусоидального сигнала. Управляемый фазовращатель содержит блок сдвига фазы на 90°, первый и второй управляемые делителя напряжения, сумматор, блок масштабирования, арксинусный преобразователь и формирователь косинуса. Сигнальный вход устройства соединен с входами первого управляемого делителя напряжения и блока сдвига фазы на 90°, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, выходы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения и входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения.Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение устройства и повышение точности. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерительных преобразователей, где необходимо управление фазой синусоидального сигнала.

Известен управляемый фазовращатель [Авторское свидетельство СССР №1402962 МПК G01R 25/00, опубл. 15.06.1988 г.], содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90°, сумматор, блок сравнения и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с первым входом блока сравнения и с сигнальным входом первого управляемого делителя напряжения, а через блок сдвига фазы на 90° - с сигнальным входом второго управляемого делителя напряжения, управляющие входы первого и второго управляемого делителя напряжения соединены соответственно с управляющим входом фазовращателя и выходом блока сравнения, а выходы - соответственно с первым и вторым входами сумматора, соединенного своим выходом непосредственно с вторым входом блока сравнения и первым выходом фазовращателя, а через инвертор - со вторым выходом фазовращателя.

Недостатком известного фазовращателя является низкое быстродействие, обусловленное инерционностью блока сравнения.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является управляемый фазовращатель [Авторское свидетельство СССР №1721536 МПК G01R 25/00, опубл. 23.03.1992 г.], содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90°, два квадратора, два сумматора, источник опорного напряжения и инвертор, в котором сигнальный вход соединен непосредственно с сигнальным входом первого, а через блок сдвига фазы на 90° - с сигнальным входом второго управляемого делителя напряжения, управляющий вход второго управляемого делителя напряжения соединен с управляющим входом фазовращателя, а выход - с первым входом первого сумматора, второй вход первого сумматора соединен с выходом второго управляемого делителя напряжения, а выход - непосредственно с первым, а через инвертор - с вторым выходами фазовращателя, при этом первый (прямой) вход второго сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй (инверсный) вход - с выходом первого квадратора, соединенного своим входом с управляющим входом фазовращателя, третий (инверсный) вход - с выходом второго квадратора, а выход -с четвертым (прямым) входом, с входом второго квадратора и с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного фазовращателя является большое количество операционных блоков, что снижает точность работы устройства. Кроме этого, в устройстве используется источник опорного напряжения, пропорционального квадрату амплитудного значения сигнала управления, от стабильности которого также зависит точность работы устройства. При этом при вычислении синуса угла сдвига фазы производится операция извлечения квадратного корня, что приводит к повышению в квадрат раз погрешности нестабильности источника опорного напряжения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение устройства и повышение точности.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный управляемый фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90° и сумматор, сигнальный вход устройства соединен с входами первого управляемого делителя напряжения и блока сдвига фазы на 90°, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, выходы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, дополнительно введены арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок масштабирования, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения и входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения.

Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно арксинусного преобразователя, формирователя косинуса, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - упрощения устройства и повышение точности фазовращателя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена функциональная схема фазовращателя, на фиг. 2 - зависимости угла сдвига фазы ϕ и напряжений u₂ и u₄ от напряжения управления U_y.

Управляемый фазовращатель содержит (фиг. 1) блок сдвига фазы на 90° 1, первый и второй управляемые делителя напряжения 2 и 3, сумматор 4, блок масштабирования 5, арксинусный преобразователь 6 и формирователь косинуса 7.

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u_вх=U_{m вх} sinωt (фиг. 2) с частотой ω подается на входы первого управляемого делителя напряжения 2 и блока сдвига фазы на 90°, на выходе которого формируется напряжение u¹=U_{m вх} conωt и подается на вход второго управляемого делителя напряжения 3.

Одновременно на вход блока масштабирования 5 подается напряжение L_y. При выборе величины напряжения управления U_y=±10 В коэффициент передачи блока масштабирования 5 выбран равным К_n=0,1. В результате этого на выходе блока масштабирования 5 получается напряжение u²=sinϕ) с единичной амплитудой, пропорциональное напряжению управления U_у (фиг. 2), которое подается на управляющий вход второго управляемого делителя напряжения 3. Зависимость u₂=f(U_y) линейная (фиг. 2).

После преобразования напряжения u₂=sin ϕ в арксинусном преобразователе 6, на его выходе формируется напряжение u₃ пропорциональное величине угла сдвига фазы ϕ. Напряжение u₃ поступает на вход формирователя косинуса 7, на выходе которого формируется напряжение u₄=cos ϕ с единичной амплитудой (фиг. 2) и подается на управляющий вход первого управляемого делителя напряжения 2. Зависимость u₄=f(U_y) представляет собой полуокружность с единичным радиусом (фиг. 2).

Управляемые делители напряжения 2 и 3 производят операцию перемножения соответствующих входных сигналов u_вх=U_{m вх} sinωt и u₁=U_{m вх} cosωt на полученные сигналы u₄=cos ϕ и u₂=sin ϕ (операцию умножения на сигналы величиной меньше единицы, т.е. фактически операцию деления). Выходные сигналы управляемых делителей напряжения 2 и 3 суммируются в сумматоре 4, на выходе которого и на первом выходе фазовращателя, согласно известному тригонометрическому выражению, формируется напряжение u_вых:

Отсюда следует, что управляемый фазовращатель позволяет сдвигать фазу входного напряжения при изменении U_y в пределах от -10 В до +10 В на φ от -90° до 90°. В результате предлагаемый управляемый фазовращатель обеспечивает сдвиг фазы входного напряжения в пределах 180° при изменении величины напряжения управления U_y в пределах ±10 В. Зависимости угла сдвига фазы ϕ от U_y приведена на фиг. 2. Достоинством данного фазовращателя также является нулевой сдвиг фазы выходного сигнала при нулевом сигнале управления 1/у, что упрощает построение фазосдвигающих устройств.

Таким образом, введение в управляемый фазовращатель арксинусного преобразователя, формирователя косинуса, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства привело к достижение технического результата - упрощения устройства и повышение точности.

При практической реализации предлагаемого управляемого фазовращателя блок сдвига фазы на 90° 1 можно выполнить по схеме (Патент РФ №127554, Н03В 27/00. Формирователь квадратурных сигналов, 27.04.2013). Управляемые делители напряжения 2 и 3 можно выполнить на микросхеме перемножителя напряжений К525ПС3 с коэффициентом передачи равным единицы, выполненный по схеме (Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. - М.: Радио и связь, 1991, стр. 75, рис. 3.12, а). Сумматор 4 представляет собой обычный двухвходовой неинвертирующий сумматор на операционном усилителе (ОУ). Блок масштабирования 5 представляет собой неинвертирующий усилитель на ОУ с коэффициентом усиления 0,1. Арксинусный преобразователь 6 можно выполнить по одной из схем (Авт.свид. СССР, №467365, G06G7/22, 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 7 можно выполнить на микросхеме AD639 по схеме (Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: БИНОМ, 2014, стр. 311, рис. 5.39).

Claims

Управляемый фазовращатель, содержащий два управляемых делителя напряжения, блок сдвига фазы на 90° и сумматор, сигнальный вход устройства соединен с входами первого управляемого делителя напряжения и блока сдвига фазы на 90°, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя напряжения, выходы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены арксинусный преобразователь, формирователь косинуса и блок масштабирования, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения и входом арксинусного преобразователя, выход которого через формирователь косинуса соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения.