Двухканальный стабилизатор амплитуды

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике при построении прецизионных формирователей и генераторов квадратурных сигналов.

В двухканальный стабилизатор амплитуды, содержащий первый и второй перемножители, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй сумматоры, первый и второй двухвходовые усилители, причем первый вход первого перемножителя соединен с первым входом двухканального стабилизатора амплитуды, второй вход которого соединен с первым входом второго перемножителя, вторые входы первого и второго сумматоров соединены между собой, неинвертирующие входы первого и второго усилителей также соединены между собой, при этом первый и второй выходы двухканального стабилизатора амплитуды соединены, соответственно, с выходами первого и второго перемножителей, дополнительно введен источник опорного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с общей шиной, а минусовой - с общей точкой соединения вторых входов первого и второго сумматоров, причем к выходу первого перемножителя подключен вход первого пикового детектора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход первого усилителя, к выходу второго перемножителя подключен вход второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго усилителя, при этом общая точка соединения неинвертирующих входов первого и второго усилителей соединена с общей шиной, а вторые входы первого и второго перемножителей подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей.

Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и обеспечить высокую точность поддержания на одном уровне амплитудных значений канальных выходных сигналов даже в случае значительных отклонений входных сигналов, как в статических, так и динамических режимах.

1 с.п. ф-лы полезной модели, 2 ил.

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована в измерительной технике и автоматике при построении прецизионных формирователей и генераторов квадратурных сигналов.

Известно устройство [А.с. СССР 1702514, кл. Н03В 27/00, опубл. 26.02.90, Бюл. 48], содержащее два квадратора, источник опорного напряжения, а также последовательно соединенные сумматор, блок извлечения квадратного корня, аналоговый делитель и аналоговый перемножитель, выход которого является выходом стабилизатора амплитуды, причем входы квадраторов соединены с соответствующими входами квадратурных сигналов, а их выходы - с входами сумматора, при этом источник опорного напряжения соединен с управляющим входом перемножителя, информационный вход делителя соединен с первым входом стабилизатора амплитуды.

Устройство стабилизации работает на известном принципе векторного вычисления амплитуды квадратурных сигналов и только при равенстве их амплитудных значений. Малейшие отклонения амплитуды одного из квадратурных сигналов приводят к появлению погрешности вычисления, что является существенным недостатком. В статических и, особенно, в динамических режимах при перестройке частоты квадратурных сигналов неизбежно возникают «перекосы» амплитудных значений, по этой причине данное устройство не может выполнять функции стабилизации в прецизионных устройствах формирования квадратурных сигналов.

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (А.с. СССР 1803955, кл. Н02М 5/14, опубл. 23.03.93, Бюл. 11), который содержит два управляемых фазовращателя, два сумматора, блок преобразования «частота-напряжение» и блок коррекции, причем вход устройства соединен с входами управляемых фазовращателей и входом блока преобразователя «частота-напряжение», выход которого соединен с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока коррекции, входы которого соединены с выходами фазовращателей и входом устройства, выходы которого соединены с выходами управляемых фазовращателей, управляющие входы которых соединены с соответствующими входами сумматоров, при этом первый управляемый фазовращатель выполнен из двухвходового интегратора, перемножителя и инвертирующего сумматора, второй управляемый фазовращатель выполнен из двухвходового интегратора перемножителя и неинвертирующего сумматора, а блок коррекции содержит два двухвходовых усилителя, три пиковых детектора и два сумматора.

Устройство предназначено для преобразования однофазного напряжения в трехфазное и не может выполнять функцию стабилизации амплитуды входного сигнала.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства и обеспечение высокой точности поддержания на постоянном уровне амплитудных значений канальных выходных сигналов даже в случае значительных отклонений входных сигналов, как в статических, так и динамических режимах.

Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей предлагаемого устройства путем введения дополнительного источника опорного напряжения и организации новых связей между элементами, что позволило обеспечить высокую точность стабилизации на заданном уровне амплитудных значений выходных канальных сигналов при значительных отклонениях входных сигналов, как в статических, так и динамических режимах.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в двухканальный стабилизатор амплитуды, содержащий первый и второй перемножители, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй сумматоры, первый и второй двухвходовые усилители, причем первый вход первого перемножителя соединен с первым входом двухканального стабилизатора амплитуды, второй вход которого соединен с первым входом второго перемножителя, вторые входы первого и второго сумматоров соединены между собой, неинвертирующие входы первого и второго усилителей также соединены между собой, при этом первый и второй выходы двухканального стабилизатора амплитуды соединены, соответственно, с выходами первого и второго перемножителей, дополнительно введен источник опорного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с общей шиной, а минусовой - с общей точкой соединения вторых входов первого и второго сумматоров, причем к выходу первого перемножителя подключен вход первого пикового детектора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход первого усилителя, к выходу второго перемножителя подключен вход второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго усилителя, при этом общая точка соединения неинвертирующих входов первого и второго усилителей соединена с общей шиной, а вторые входы первого и второго перемножителей подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует условию «новизна».

Введение в предлагаемое устройство дополнительного источника опорного напряжения и организация новых связей между элементами позволило расширить функциональные возможности устройства и обеспечить высокую точность поддержания на одном уровне амплитудных значений канальных выходных сигналов даже в случае значительных отклонений входных сигналов, как в статических, так и динамических режимах.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: фиг.1 - блок схема двухканального стабилизатора амплитуды; фиг.2 - графики, поясняющие принцип работы двухканального стабилизатора амплитуды.

Двухканальный стабилизатор амплитуды (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 перемножители, первый 3 и второй 4 пиковые детекторы, первый 5 и второй 6 сумматоры, первый 7 и второй 8 двухвходовые усилители, а также источник опорного напряжения 9, причем первый вход первого перемножителя 1 соединен с первым входом двухканального стабилизатора амплитуды, второй вход которого соединен с первым входом второго перемножителя 2, вторые входы первого 5 и второго 6 сумматоров соединены между собой и подключены к минусовому выводу источника опорного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с общей шиной, неинвертирующие входы первого 7 и второго 8 усилителей также соединены между собой и общей шиной, при этом первый и второй выходы двухканального стабилизатора амплитуды соединены, соответственно, с выходами первого 1 и второго 2 перемножителей, к выходу первого перемножителя 1 подключен вход первого пикового детектора 3, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 5, к выходу которого подключен инвертирующий вход первого усилителя 7, к выходу второго перемножителя 2 подключен вход второго пикового детектора 4, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 6, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго усилителя 8, вторые входы первого 1 и второго 2 перемножителей подключены к выходам, соответственно, первого 7 и второго 8 усилителей.

Работа предлагаемого двухканального стабилизатора амплитуды осуществляется следующим образом.

На первый вход стабилизатора (фиг.1), а, следовательно, на первый вход первого умножителя 1 подается сигнал

где А₁ - амплитуда, а ₀ - круговая частота сигнала S₁(t), связанная с циклической частотой f известным соотношением ₀=2f.

На второй вход стабилизатора, а, следовательно, на первый вход второго умножителя 2 подается сигнал

сдвинутый по отношению к сигналу S ₁(t) на угол =/2 и с амплитудным значением А₂.

Выходные сигналы S₃(t) и S₄(t) связаны с входными S₁(t) и S₂(t) следующими соотношениями:

где E_y1 и E_y2 - управляющие напряжения перемножителей 1 и 2;

А₃=А₁·E_y1 и А₄ =А₂·E_y2 - амплитудные значения выходных сигналов S₃(t) и S₄(t).

На выходе первого пикового детектора 3 напряжение U₁ практически равно амплитудному значению А₃ выходного сигнала S₃(t), следовательно коэффициент передачи Кпв₁ первого пикового детектора можно принять равным единице. На выходе второго пикового детектора 4 напряжение U ₂ также равно амплитудному значению А₄ выходного сигнала S₄(t), следовательно коэффициент передачи Кпв₂ второго пикового детектора также будет равен единице. Таким образом, напряжения на выходах пиковых детекторов будут определяться с помощью следующих соотношений:

Сумматоры 5 и 6 - это схемы сравнения, на вторые входы которых подается отрицательное опорное напряжение U₀, а на первые входы - измеряемые напряжения U ₁ и U₂ с выходов пиковых детекторов 3 и 4. При единичных коэффициентах усиления по обоим входам сумматоров 5 и 6 на их выходах получим соответствующие напряжения:

Усилители 7 и 8 являются инвертирующими, поэтому их выходные напряжения E_y1 и E_y2 будут находиться в противофазе с сигналами рассогласования е ₁ и e₂,:

где К_y1 и К_y2 - коэффициенты усиления усилителей 7 и 8.

При совместном решении уравнений (5), (6) и (7) получим:

Из (8) следует, что управляющие напряжения будут увеличиваться (уменьшаться) при уменьшении (увеличении) амплитудных значений сигналов.

Подставив найденные значения E_y1 и E_y2 в исходные уравнения (3) и (4) получим:

Отношение S₃(t)/S₁ (t) будет определять эквивалентный (управляемый) коэффициент передачи M₁ первого канала стабилизации, а отношение S₄(t)/S₂(t) будет определять эквивалентный (управляемый) коэффициент передачи M₂ второго канала стабилизации:

При номинальном значении амплитуды A₁₀ входного сигнала S₁₀(t) эквивалентный коэффициент передачи М₀=U₀·[К _y1/(1+К_y1·А₁₀)] будет определять номинальное значение амплитуды А₃₀ выходного сигнала S₃₀(t):

В уравнении (13) выражение в квадратных скобках будет незначительно отличаться от единицы при больших коэффициентах усиления, и это отличие будет тем меньше, чем больше коэффициент усиления К_y1. Разность между номинальным значением амплитуды A₁₀ и значением амплитуды А ₃₀ определяет статическую погрешность =А₁₀-А₃₀=A₁₀(1-M₀ ), которая может быть устранена (в номинальном режиме, при А ₁=А₁₀) с помощью небольшого увеличения опорного напряжения U₀ до значения

В этом случае амплитудное значение А ₃₀ будет в точности равно амплитудному значению A₁₀ :

С целью упрощения дальнейших рассуждений введем в рассмотрение нормированные значения амплитуд и примем А₁₀=А₃₀=1. Принцип стабилизации амплитуды выходных сигналов S₃(t) и S₄(t) рассмотрим на примере одного канала. Стабилизация сигналов осуществляется следующим образом. Минимальному значению входного сигнала S _1min(t), то есть минимальному значению A_1min будет соответствовать максимальное значение эквивалентного коэффициента передачи

и наоборот максимальному значению входного сигнала S_1max(t), то есть максимальному значению A _1max будет соответствовать минимальное значение эквивалентного коэффициента передачи

Графики, поясняющие принцип стабилизации амплитудных значений сигналов, приведены на фиг.2. Увеличение амплитуды входного сигнала S₁(t) до значения A _1max приводит к уменьшению управляющего напряжения E _y1, а уменьшение амплитуды входного сигнала S₂ (t) до значения A_1min приводит к увеличению управляющего напряжения E_y1. В соответствии с уравнениями (3) и (4) выходные сигналы S₃(t) и S₄(t) будут оставаться в этом случае практически постоянными:

Для первого канала максимальное A _3max и минимальное A_3min значения стабилизированного сигнала будут отличаться незначительно и определяются следующим образом:

Оценить точность стабилизации можно с помощью коэффициента:

Используя уравнения (19), (20) и (21) получим:

С помощью аналогичного коэффициента найдем относительную нестабильность амплитуды A₁ входного сигнала S₁(t):

Эффективность стабилизации определяется отношением коэффициентов ₁ и ₁:

Если, например, амплитуда А₁ входного сигнала S₁(t) изменяется по отношению к номинальному значению А₁₀ на плюс (минус) 10%, то в этом случае нестабильность ₁=(A_1max-A_1mim)/A ₁₀=[(1,1A₁₀-0,9А₁₀)/A₁₀ ]·100%=20%. При коэффициенте усиления К_y1=70 нестабильность ₁ амплитуды А₃ выходного сигнала S₃(t) составит ₁=0,28%, а эффективность стабилизации в этом случае =71,4.

Эффективность стабилизации второго канала определяется аналогичным образом.

Использование предлагаемой полезной модели позволит расширить функциональные возможности устройства и обеспечить высокую точность поддержания на одном уровне амплитудных значений канальных выходных сигналов даже в случае значительных отклонений входных сигналов, как в статических, так и динамических режимах.

Двухканальный стабилизатор амплитуды, содержащий первый и второй перемножители, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй сумматоры, первый и второй двухвходовые усилители, причем первый вход первого перемножителя соединен с первым входом двухканального стабилизатора амплитуды, второй вход которого соединен с первым входом второго перемножителя, вторые входы первого и второго сумматоров соединены между собой, неинвертирующие входы первого и второго усилителей также соединены между собой, при этом первый и второй выходы двухканального стабилизатора амплитуды соединены соответственно с выходами первого и второго перемножителей, отличающийся тем, что в него дополнительно введен источник опорного напряжения, плюсовой вывод которого соединен с общей шиной, а минусовой - с общей точкой соединения вторых входов первого и второго сумматоров, причем к выходу первого перемножителя подключен вход первого пикового детектора, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход первого усилителя, к выходу второго перемножителя подключен вход второго пикового детектора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, к выходу которого подключен инвертирующий вход второго усилителя, при этом общая точка соединения неинвертирующих входов первого и второго усилителей соединена с общей шиной, а вторые входы первого и второго перемножителей подключены к выходам соответственно первого и второго усилителей.