Фазогенераторний перетворювач з квадратичним безінерційним автозміщенням

Фазогенераторний перетворювач з квадратичним безшерційним автозміщенням, що містить перетворювач напруга - струм, підсилюючий елемент, контур, чотириполюсник позитивного зворо тного зв'язку та фазовий детектор, який відрізняється тим, що у нього введені послідовно з'єднані пристрій піднесення до квадрата, вузькосмуговий фільтр, масштабний підсилювач, та узгоджуючий каскад, причому вхід пристрою піднесення до квадрата зв'язаний з виходом чотириполюсника позитивного зворотного зв'язку, а вихід узгоджуючого каскаду підключений до підсилюючого елемента, до затвора (бази) або витоку (емітера) транзистора Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і призначений для використання у різноманітній радіоелектронній апаратурі Фазо генераторні перетворювачі - це синхронізовані на основному тоні LC-авто генератор и з специфічними особливостями, які пов'язані з необхідністю забезпечення найбільший чутливості до параметра, що контролюється Вони широко застосовуються як перетворювачі змін частоти сигналу синхронізації у фазовий зсув сигналу автогенератора відносно сигналу синхронізації Питання удосконалення цих перетворювачів мають велике значення, оскільки їх чутливість, стосовно [1], на два порядки більше чутливості резонансного та мостового перетворювачів вному елементі [3] У автогенераторі цього перетворювача напруга автозміщення змінюється при ЗМІНІ струму підсилюючого елемента і амплітуди коливань Припустимо, що під впливом дестабілізуючих факторів амплітуда імпульсу струму підсилюючого елемента зменшилась, тоді амплітуда коливань також зменшується, що зменшує автозміщення Зменшення автозміщення приводе до підвищення амплітуди імпульсу струму і, як наслідок, підвищення амплітуди коливань Якщо в наслідок дії сторонніх факторів підвищується амплітуда імпульсу струму, амплітуда коливань також підвищується, тоді зростає і величина автозміщення, що обумовлює зменшення амплітуди імпульсу струму і, як наслідок, зменшення амплітуди коливань Таким чином, зміни величини автозміщення протидіють змінам амплітуди коливань Це частково стабілізує режим роботи автогенератора Але недоліком цього пристрою є недостатній рівень стабілізації, бо автоматичне зміщення пропорційно амплітуді сигналу автогенератора і воно також є інерційним, оскільки формування цього зміщення відбувається випрямленням високочастотного сигналу автогенератора і виділенням постійної складової за допомогою фільтра низьких частот, яким є RC коло і яке є інерційним пристроєм Його шерційність значно збільшує шерційність усього фазогенераторного перетворювача За допомогою цього автоматичного зміщення неможливо також достатнє зменшення амплітуди коливань, щоб автогенератор не перейшов до перенапруженого режиму роботи при появі значного зовнішнього сигналу синхронізації Відомий фазогенераторний перетворювач з фіксованим зміщенням, коли постійна напруга подається у затвор (базу) або виток (емітер) підсилюючого елемента автогенератора (транзистора) [2] Недоліком цього пристрою є труднощі встановлення та підтримки режиму роботи синхронізованого автогенератора, який залежить від величини сигналу синхронізації і параметрів схеми, які змінюються під впливом температури та інших параметрів навколишнього середовища, що впливає на величину струму транзистора, і як наслідок, на амплітуду коливань Ці зміни приводять до змін фазового зсуву і появи похибки Відомий також фазогенераторний перетворювач, у якому застосовується автоматичне, за допомогою RC кола, зміщення завдяки падінню постійної складової імпульсу струму підсилюючого елемента автогенератора на постійному резисти 00 ю ю 55827 В основу винаходу поставлена задача створення фазогенераторного перетворювача з квадратичним безшерційним автозміщенням, у якому шляхом введення автоматичного зміщення пропорційного квадрату амплітуди коливань завдяки піднесення до квадрату сигналу автогенератора і усунення високочастотній складової за допомогою вузько смугового фільтра досягають зменшення шерційності, підвищення стабільності режиму роботи та розширення діапазону регулювання амплітуди коливань Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у фазогенераторний перетворювач з квадратичним безшерційним автозміщенням, що містить перетворювач напруга - струм, підсилюючий елемент, контур, чотириполюсник позитивного оберненого зв'язку та фазовий детектор, згідно з винаходом, введені послідовно з'єднані пристрій піднесення до квадрату, вузькосмуговий фільтр, масштабовий підсилювач, та узгоджувальний каскад, причому вхід пристрою піднесення до квадрату зв'язаний з виходом чотириполюсника позитивного оберненого зв'язку, а вихід узгоджувального каскаду підключений до підсилюючого елемента, до затвору (бази) або витоку (емітера) транзистора У технічному рішенні використовується пристрій піднесення до квадрату, який дозволяє отримати складову, пропорційну квадрату амплітуди коливань, і високочастотну складову, яка вилучається вузькосмуговим фільтром, масштабовий підсилювач для встановлення потрібної амплітуди коливань та режиму роботи, а також узгоджувальний каскад для узгодження вихідного опору масштабного підсилювача з вхідним опором підсилюючого елемента автогенератора На фіг зображена структурна схема фазогенераторного перетворювача з квадратичним безшерційним автозміщенням Фазогенераторний перетворювач з квадратичним безшерційним автозміщенням містить перетворювач напруга-струм 1, підсилюючий елемент 2, паралельний LC - контур 3, чотириполюсник позитивного оберненого зв'язку 4, пристрій піднесення до квадрату 5, вузькосмуговий фільтр 6, масштабовий підсилювач 7, узгоджувальний каскад 8, та фазовий детектор 9, причому сигнал з виходу чотириполюсника позитивного оберненого зв'язку 4 надходить на входи підсилюючого елемента автогенератора 2 та пристрою піднесення до квадрату 5, вихід якого зв'язаний з входом вузькосмугового фільтра 6 Його вихід з'єднаний з входом масштабового підсилювача 7 Вихід останнього підключений до входу узгоджувального каскаду 8, вихід якого зв'язаний з підсилюючим елементом автогенератора 2, його затвором (базою) або витоком (емітером) залежно від того, куди подається автозміщення Сигнал синхронізації у вигляді току подається у контур автогенератора З з виходу перетворювача напруга-струм 1, а ЗОВНІШНІЙ сигнал синхронізації подається на вхід перетворювача напруга-струм 1, та перший вхід фазового детектора 9, другий його вхід пов'язаний з виходом чотириполюсника позитивного оберненого зв'язку 4 Пристрій працює так Сигнал синхронізації u c = Ac cos(cocf + ці) подається на вхід перетворювача напруга-струм 1 і на перший вхід фазового детектора 9, з виходу перетворювача напруга-струм 1 він у вигляді струму і с = Іс cos(coct + \\і) разом зі струмом і підсилюючого елемента 2 поступає у контур З Підсилюючий елемент 2, контур 3 та чотириполюсник позитивного оберненого зв'язку 4 створюють автогенератор Сигнал автогенератора з виходу чотириполюсника позитивного оберненого зв'язку 4 u = A cos(cocf + ер) подається на вхід пристрою піднесення до квадрату 5, на виході якого маємо щ = А2 / 2cos(2coct + 2ср) + А2 / 2 Далі він поступає на вхід вузькосмугового фільтра 6, де вилучається високочастотна складова Ця складова має частоту у два рази вищу, ніж частота коливань автогенератора, і вузькосмуговий фільтр 6 не впливає на низькочастотний сигнал У наслідок на його виході сигнал має вигляд А2 / 2 Цей сигнал поступає на вхід масштабового підсилювача 7, на виході якого він набуває вигляду пА2 Далі він за допомогою узгоджувального каскаду 8 поступає до підсилюючого елемента автогенератора 2 до затвора (бази) або витоку (емітера) транзистора, де і виконує регулювання його струму Оскільки низькочастотний сигнал пА2 сформований шляхом безшерційного перетворення, то і автозміщення є безшерційним, що значно зменшує шерційність фазогенераторного перетворювача в цілому Оскільки, як звісно, частота сигналу синхронізації, а значить і частота синхронізованого автогенератора, мало змінюється, то для фільтрації вузькосмугового фільтра цілком досить Розглянемо, як приклад, фазогенераторний перетворювач на базі одноконтурного LCавтогенератора з трансформаторним оберненим зв'язком Результати не зміняться, якщо ми будемо розглядати інший одноконтурний автогенератор Тоді маємо можливість отримати рівняння „2 dx kR5 d u dx kR -1 dx де х = coct, 5і =1 / Q, юо, R, Q- резонансні частота, опір і добротність контуру, К = М / L - коефіцієнт позитивного оберненого зв'язку, L, М- індуктивність контуру та взаємна індуктивність Тоді, використав метод амплітуд, що повільно змінюються, маємо можливість отримати укорочені рівняння при полшоміальній апроксимації нелінійної характеристики безшерційного підсилюючого елемента автогенератора є/ ? Л sB —ІУ - I f f = —-cose 2 ' 2a sB „ Дю dij/ n sine = - — "dx" 2ya ю0 де Є = ф - ці фазовий зсув, який є інформаційним параметром і виділяється фазовим детектором 9, у = А / Ао > 1 - безрозмірна амплітуда, А та Ао - амплітуда сигналу синхронізованого автогенератора та автогенератора у автономному режимі, В = Іс / Іо « 1, Іо = Ао / (RK), Ю и ю0, Дсо / ю0 = (юс с coo) / coo, d\\i I dx « 1, Іс = const Головним дестабілізуючим фактором є зміни амплітуди коливань, і з рівнянь (1) неважко бачити dy —+ dx de dx" 55827 механізм його дм Розглядаючи тільки стаціонарну амплітуду коливань та приймаючи до уваги тільки першу гармоніку імпульсу струму підсилюючого елемента автогенератора и = h cos(coct + ер), маємо — -І-] = l c cos(cp- ці) Використаємо поліноміа льну апроксимацію нелінійний характеристики безшерційного підсилюючого елемента автогенератора і = а 0 + 3 ^ +a 2 Uy +a 3 Uy + a 4 u j , де uy = uc + u, u c = uo + nA2, uo - фіксована частина зміщення, яка може і не бути, u - високочастотна напруга на вході цього підсилюючого елемента Тоді маємо можливість отримати h = [а + 2р(пА2)]А + 3 / 4[у + 2 45(пА )]А 3 де а = a-] 2a 2 u 0 У = У випа аз + 4a4Uo, 5 = 34, p = дку традиційного автоматичного зміщення для транзисторних схем можливо прийняти, що ис = кэА a uo = 0, ОСКІЛЬКИ це зміщення фактично фор мується амплітудним детектором, де Кэ < 1 і КэА < 1 Тоді h = аА + 3 / 4 уА3 а у = а 3 + 4а4(кэА) та а = аі 2а 2 (к 9 А) +4а 4 (кэА) 4а4(кэА) мали, і регулювання фактично відбувається пропорційно амплітуди коливань Амплітуда коливань автогенератора у цьому разі змінюється у малому діапазоні У випадку ж квадратичного автозміщення присутність члена пА2, пропорційного квадрату амплітуди, пропорційно якому і відбувається регулювання, зумовлює значно більший діапазон регулювання амплітуди, а також значно кращу стабільність амплітуди коливань при дії дестабілізуючих факторів У цілому ж механізм дії цього автозміщення залишається таким же, як і у прототипі Таким чином, введення безшерційного автозміщення, пропорційного квадрату амплітуди коливань, зменшує інерціиність фазо генератор ного перетворювача, підвищує його стабільність та діапазон регулювання амплітуди коливань Література 1 К С Полулях Резонансные методы измерений М Энергия 1980г 2 И С Гоноровский Радиотехнические цепи и сигналы М Советское Радио, Ч 2, 1967г 3 М И Конторович Нелинейные колебания в радиотехнике М Советское Радио, 1973г Члени За 3 (кэА) та 1» 2 tі 3 4 і і 6 6 7 і L 1 9 і і кі tJ c ФІГ. Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 і