УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОЙ КОЛЕБАНИЙ

Предлагаемое устройство для управления фазой колебаний (управляемый фазовращатель) относится к радиотехнике и измерительной технике и может быть использовано для управления фазой в фазозадающих управляющих системах.
Известен управляемый фазовращатель (А.С. №1195419, Н03Н 11/20, БИ 44 от 30.11.85). Он содержит усилитель-ограничитель, вход которого является входом управляемого фазовращателя, а выход подключен к входу инвертора, и два канала обработки сигнала, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных интегратора, компаратора и дифференцирующей цепи, вторые входы компараторов подключены к источнику управляющего напряжения. Выходы дифференцирующих цепей первого и второго каналов обработки сигнала подключены соответственно к R и S входам RS-триггера, выход которого подключен к входу фильтра первой гармоники, выход которого является выходом устройства. Между выходом усилителя - ограничителя и управляющим входом интегратора первого канала обработки сигнала, а также между выходом инвертора и управляющим входом интегратора второго канала обработки сигнала введены соответственно первый и второй блоки сброса интеграторов, входы которых подключены к источнику постоянного опорного напряжения.
Недостатком данного управляемого фазовращателя является то, что значение фазы выходного сигнала зависит от частоты входного сигнала. Это ограничивает возможности его применения и предполагает необходимость частотной коррекции фазового сдвига.
Известно устройство для управления фазой колебаний (А.С. №2273950, Н03Н 11/16, БИ 10 от 10.04.2006), которое содержит: интегратор, дифференциатор, блок задания фазы, два управляемых усилителя, умножитель, делитель, устройство извлечения корня, элемент задержки сигнала, инвертор, сумматор, постоянное запоминающее устройство. Выход постоянного запоминающего устройства соединен с первым входом делителя, выход которого является выходом устройства. Второй вход делителя соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен через элемент задержки сигнала и первый управляемый усилитель с входом устройства. К входу устройства также подключены вход дифференциатора и вход интегратора, а выход дифференциатора подключен к первому входу умножителя. Выход интегратора через инвертор подключен ко второму входу умножителя, выход последнего через устройство извлечения корня соединен с входом второго управляемого усилителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, управляющие входы усилителей подключены к соответствующим выходам блока задания фазы и к адресным входам постоянного запоминающего устройства.
Из синусоидального сигнала поступающего в устройство α sin(ωt) формируется косинусоидальный сигнал той же частоты α cos(ωt), и при изменении величины амплитуд синусоидального и косинусоидального сигналов путем их усиления в управляемых усилителях, обеспечивается управление фазой регулируемого сигнала.
где .
Недостатком данного устройства является то, что при занесении соответствующих коэффициентов в ПЗУ и выполнении операции деления возникает ошибка, вызванная рассогласованием по времени формирования операндов, что сильно понижает точность управления фазой колебаний. Это может привести к серьезным ошибкам управления фазой, так как время установления заданной фазы колебаний зависит от быстродействия ПЗУ с одной стороны, а с другой определяется задержкой в трактах формирования квадратурных составляющих. Если сами квадратурные составляющие по времени согласованы за счет элемента задержки, то по отношению к ПЗУ согласование в данном устройстве отсутствует. Также при необходимости изменения фазы сигнала по определенному закону (определенной функции) возникает сложность схемной реализации ПЗУ, а так же повышается требование к быстродействию ПЗУ. Кроме этого сама операция деления вносит погрешность, как при схемотехническом исполнении устройства, так и при его программной реализации.
За прототип взято устройство управления фазой колебаний (А.С. №59349, Н03Н 11/00, БИ 34 от 10.12.2006), содержащее блок задания фазы, два управляемых усилителя, дифференциатор, интегратор, инвертор, умножитель, элемент задержки сигнала, устройство извлечения корня, сумматор, косинусно-синусный преобразователь. Вход косинусно-синусного преобразователя соединен с выходом блока задания фазы, а выходы соединены с входами управляемых усилителей, выход сумматора является выходом устройства. Первый вход сумматора соединен через элемент задержки сигнала и первый управляемый усилитель с входом устройства управления фазой колебаний. К входу устройства также подключены входы дифференциатора и интегратора, выход дифференциатора подключен к первому входу умножителя, выход интегратора через инвертор подключен ко второму входу умножителя, выход которого через устройство извлечения корня соединен с входом второго управляемого усилителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора.
Недостатком данного устройства является то, что в нем реализовано формирование косинусной составляющей сигнала с использованием блоков для нелинейных преобразований сигналов - блока умножения и блока извлечения корня. Их использование приводит к ограничению точности формирования косинусной составляющей сигнала и соответственно к ошибке работы всего устройства управления фазой сигнала. Использование цифровых устройств для реализации умножения и извлечения корня усложняет устройство в целом и делает неэффективным применение элемента задержки в тракте формирования синусной составляющей. Кроме того, наличие аддитивной шумовой составляющей на входе устройства приводит к некорректной работе устройства, вследствие свертки сигнала и шума в блоках нелинейных преобразований сигнала.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение устройства, с сохранением высокой точности управления фазой колебаний и устранение ошибки управления, вызванной применением в устройстве блоков для
нелинейных преобразований сигналов, при сохранении инвариантности к изменению частоты входного сигнала.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1. Устройство управления фазой содержит блок задания фазы 1, три управляемых усилителя 2, 3 и 7, амплитудный детектор 4, дифференциатор 5, усилитель-ограничитель 6, сумматор 8, косинусно-синусный преобразователь 9. Вход устройства соединен с входом первого управляемого усилителя 2, входом амплитудного детектора 4 и дифференциатора 5. Выход дифференциатора 5 через усилитель-ограничитель 6 соединен с входом управляемого усилителя 3. Выход амплитудного детектора 4 соединен с управляющим входом управляемого усилителя 7, выход которого соединен с управляющим входом управляемого усилителя 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 10. Ко второму входу сумматора 8 подключен выход управляемого усилителя 2. Выход сумматора 8 является выходом устройства. Управляющий вход управляемого усилителя 2 и вход управляемого усилителя 3 подключены к блоку задания фазы 1 через косинусно-синусный преобразователь 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал α sin(ωt), фаза которого регулируется предлагаемым устройством, подается на вход управляемого усилителя 2, и входы амплитудного детектора 4 и дифференциатора 5, которые осуществляют формирование косинусной составляющей сигнала. После дифференцирования на дифференциаторе 5 сигнал поступает вход усилителя-ограничителя 6, который обеспечивает стабильный уровень сигнала, независящий от частоты входного сигнала. Амплитуда косинусной составляющей формируется с помощью управляемого усилителя 3 и амплитудного детектора 4. Блок задания фазы 1 подключен к входу косинусно-синусного преобразователя 9, соответствующие выходы которого подключены к управляемым усилителям 2 и 7. На выходах косинусно-синусного преобразователя 9 формируется сигналы cos(φ), sin(φ). Сигнал с управляемого усилителя 3 поступает на первый вход сумматора 10, а сигнал с управляемого усилителя 2 на второй вход сумматора 10, где происходит операция их суммирования.
Таким образом, на выходе сумматора 10, который является выходом предлагаемого устройства, формируется сигнал с заданной фазой:
α sin(ωt+φ)= α (sin(ωt)cos(φ)-cos(ωt)sin(φ)).
В результате в заявляемом устройстве устранена ошибка управления, вызываемая применением блоков для нелинейных преобразований сигналов в устройстве управления фазой колебаний, при сохранении инвариантности к изменению частоты входного сигнала.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. A.c. 1195419 СССР. - №3732307/24-24; Заявл. 23.04.84; Опубл., Бюл. №23, 1986.
2. А.С. 2273950 №2003133718/09 Заявл 20.07.2005, Опубл., Бюл. №10, 10.04.2006.
3. А.С. 59349 №2006124786/22 Заявл 10.07.2006, Опубл., Бюл. №32, 10.12.2006.