RU206198U1

RU206198U1 - Управляемый фазовращатель

Info

Publication number: RU206198U1
Application number: RU2021113412U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2021-08-30

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 делители напряжения, сумматор, блок масштабирования, формирователь косинуса и формирователь синуса. 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 соединен с выходом устройства, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с входами формирователя косинуса и формирователя синуса, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, а выход формирователя косинуса соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения.Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение диапазона углов фазового сдвига. 2 ил.

Description

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

Известен управляемый фазовращатель [Авторское свидетельство СССР №1402962 MПK G01R 25/00, опубл. 15.06.1988 г.], 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 ограниченный диапазон углов непрерывного фазового сдвига ϕ, который на одном из выходов устройства составляет не более 180°. Для получения диапазона углов в 360° необходимо переключение с одного выхода устройства на другой, что не всегда приемлемо, т.к. приводит к броску фазы, и требует определенных аппаратных затрат. Это объясняется тем, что при извлечении квадратного корня из sin²ϕ получается модуль синуса |sinϕ|, что предопределяет только положительные значения sinϕ и однополярные значения углов ϕ. Недостатком устройства также является нелинейная зависимость фазового сдвига ϕ от напряжения управления U_y.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение диапазона углов фазового сдвига.

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 соединен с выходом устройства, дополнительно введены формирователь косинуса, формирователь синуса и блок масштабирования, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с входами формирователя синуса и формирователя косинуса, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения, а выход формирователя синуса соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения.

Существенными отличиями предлагаемого устройства является введение дополнительно формирователя косинуса, формирователя синуса, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширение диапазона углов фазового сдвига фазовращателя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

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

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

Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u_вх=U_{m BX}sinωt (фиг. 2) с частотой ω подается на входы первого управляемого делителя напряжения 2 и блока сдвига фазы на 90° 1, на выходе которого формируется напряжение u₁=U_{m BX}cosωt и подается на вход второго управляемого делителя напряжения 3.

Одновременно на вход блока масштабирования 5 подается напряжение управление U_y. При выборе величины напряжения управления U_y=±10 В коэффициент передачи блока масштабирования 5 выбран равным К_п=0,314. В результате этого на выходе блока масштабирования 5 получается напряжение u₂, равное углу сдвига фазы ϕ и пропорциональное напряжению управления U_y (фиг. 2), которое подается на входы формирователя косинуса 6 и формирователя синуса 7. Зависимости ϕ=f(U_y) и u₂=f(U_y) - линейные (фиг. 2).

После преобразования напряжения u₂ в формирователе косинуса 6, на его выходе формируется напряжение u₃=cosϕ, пропорциональное косинусу угла сдвига фазы ϕ, и подается на управляющий вход первого управляемого делителя напряжения 2 (фиг. 2). После преобразования напряжения u₂ в формирователе синуса 7, на его выходе формируется напряжение u₄=sinϕ, пропорциональное синусу угла сдвига фазы ϕ, и подается на управляющий вход второго управляемого делителя напряжения 3 (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 u₃=cosϕ и u₄=sinϕ (операцию умножения на сигналы величиной меньше единицы, т.е. фактически операцию деления). Выходные напряжения u₅ и u₆ 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:

Из анализа зависимостей (фиг. 2) следует, что данный управляемый фазовращатель позволяет сдвигать фазу входного напряжения на угол ϕ от -180° до 180° при изменении U_y в пределах от -10 В до +10 В. В результате предлагаемый управляемый фазовращатель обеспечивает сдвиг фазы входного напряжения в пределах 360° при изменении величины напряжения управления U_y в пределах ±10 В, что в два раза больше, чем у прототипа. Зависимость угла сдвига фазы ср от U_y приведена на фиг. 2. Достоинством данного фазовращателя также является линейная зависимость сдвиг фазы ср выходного сигнала от напряжения управления U_v, что упрощает построение фазосдвигающих устройств.

Таким образом, введение в управляемый фазовращатель формирователя косинуса, формирователя синуса, блока масштабирования и организация новых связей между элементами устройства привело к достижение технического результата - расширение диапазона углов фазового сдвига.

При практической реализации предлагаемого управляемого фазовращателя блок сдвига фазы на 90° 1 можно выполнить по схеме (Патент РФ №127554, НОЗВ 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 0,314. Формирователь косинуса 6 можно выполнить на микросхеме AD639 по схеме (Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: БИНОМ, 2014, стр. 311, рис. 5.39). Формирователь синуса 7 может быть выполнен по схеме (Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. - М.: Радио и связь, 1982, с. 65, рис. 4.21, с. 66, рис. 4.22).

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 соединен с выходом устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены формирователь косинуса, формирователь синуса и блок масштабирования, причем управляющий вход устройства соединен с входом блока масштабирования, выход которого соединен с входами формирователя косинуса и формирователя синуса, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, а выход формирователя синуса соединен с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения.