3.5. Деление частоты
При двухканальном делении частоты производятся следующие операции. Разность фаз гармонических напряжений преобразуется во временной сдвиг импульсных последовательностей. Частота следования импульсов делится с помощью импульсных триггерных устройств. Из выходных импульсных последовательностей выделяются гармонические напряжения с полученной в результате деления частотой. Упрощенная схема двухканального делителя частоты приведена на рис. 4. Его работа поясняется с помощью осциллограмм (рис. 5).
|
|
|
|
 |
Рис. 4
Входные сигналы U и U (рис. 4) являются гармоническими (1, 2), имеют разность фаз 
, частоту 
и период Т =2π /. Из них формируются последовательности импульсов (рис. 5), при этом разность фаз преобразуется во временной сдвиг 
. Из свойств гармонических функций следует, что
, 
, (3),
где 
- временной сдвиг моментов перехода через нуль, Т – период гармонических напряжений.
Частота следования импульсов в каждом канале делится в п раз с помощью триггерных цифровых делителей частоты (рис. 5), во столько же раз увеличивается период их следования T1=nT. Временной сдвиг импульсов в каналах остается прежним. С помощью узкополосных фильтров, показанных
на рис. 4, из выходных последовательностей импульсов выделяются гармони-ческие напряжения U и U с частотой
.
В соответствии с (3) разность фаз этих напряжений:
Поскольку n – точно известная стабильная величина, при делении частоты погрешность не вносится.
Деление частоты используется для получения требуемых калиброванных фазовых сдвигов из известных исходных.
В качестве исходных служат 
=3600, 
=1800, 
= 900. Первый создается с минимальной погрешностью с помощью рассматриваемых далее
Рис. 5
сравнительно простых круговых фазовращателей, второй – с помощью фазоинверторов, третий – с помощью дифференцирующих и интегрирующих цепей. Делители частоты позволяют также уменьшить пределы изменения разности фаз фазовращателя, т. е. сделать за счет этого изменение гораздо более плавным.
3.6. Источники погрешностей измерения разности фаз
Результаты измерения или нормирования используемых в электронике величин как правило характеризуются относительной погрешностью. Разность фаз является исключением, она характеризуется абсолютной погрешностью. Причиной этого служат ограниченные пределы ее изменения - 0 - 3600.
В фазовых системах, в измерителях разности фаз - фазометрах-нормируются две составляющие погрешности: основная и амплитудно-фазовая. Основная имеет место при равных максимальных уровнях, сравниваемых по фазе напряжений, ниже указываются ее источники.
При рассмотрении двухканальных преобразователей частоты в предыдущем разделе не учитывались, т. е. принимались равными нулю, фазовые сдвиги, вносимые их отдельными узлами. Эта идеализация в первом приближении имеет основания. Например, диод смесителя без учета паразитных параметров является резистором и фазового сдвига не вносит. Фильтр в виде одиночного параллельного колебательного контура при точной настройке на разностную частоту также не вносит фазового сдвига, на резонансной частоте его фазочастотная характеристика (рис.6) проходит через ноль. Однако в реальных условия все узлы вносят собственные фазовые сдвиги, узлы каналов стремятся сделать идентичными, чтобы вносимые ими фазовые сдвиги компенсировались. Неравенство фазовых сдвигов каналов является источником погрешности фазовых измерений. Фазовые сдвиги узлов зависят от условий измерений, например нестабильности частоты, температурной нестабильности параметров узлов, питающих напряжений и т. д. Для уменьшения этой погрешности проводится калибровка. Входы каналов соединяются, тем самым устанавли-вается нулевой фазовый сдвиг входных напряжений. На них подается любое из входных напряжений или их сумма. Разность фаз выходных напряжений каналов, измеряемая с помощью фазового детектора, также должна быть нулевой. Если она не нулевая, проводится регулировка фазового сдвига одного из узлов канала, например подстраивается частота на-стройки фильтра (рис.6).
Источником погрешности явля-ется также прохождение сигнала из одного канала в другой, наличие связи между каналами, недостаточная развязка между каналами. Это поясняется с помощью рис.7. На нем показано, что в канал с напряжением U1 проходит напряжение 
U2, фаза которого неизвестна, она определяется характером связи между каналами.
Как обычно, оценивается максимальное значение возникающей погрешности. При 
. Например, при 
= 0,01, т. е. 40 дБ, 
=0,570. В фазовых системах принимаются специальные меры для снижения этой составляющей погрешности.
В фазовых системах амплитуды сравниваемых по фазе напряжений могут изменяться в широких пределах. Фазовое детектирование может осуществляться с приемлемыми погрешностями только при постоянных уровнях поступающих на фазовый детектор напряжений. Для получения этих напряжений в каналах используются усилители и ограничители. В реальных имеющих нелинейность усилителях и существенно нелинейных ограничителях при изменении амплитуды входного напряжения изменяются входные, внутренние, выходные активные и реактивные параметры, вносятся зависящие от амплитуды дополнительные фазовые сдвиги. При изменении уровня одного из входных напряжений относительно другого в 10-100 раз (на 20-40 дБ) амплитудно-фазовая погрешность может превышать основную в 5-10 раз.
3.7. Осциллографические методы измерения разности фаз
Первый метод состоит в получении осциллограмм сравниваемых по фазе нап-ряжений U1 = E1 sin
t и U2 = = E2 sin 
на экране двухканального осциллогра-фа, измерении с помощью масштабной сетки сдвигов их моментов перехода через нуль Т и периода Т и расчете разности фаз 
= = 3600Т/T (рис.8).
Второй метод – метод эллипса – состоит в подаче напряжений U1 и U2 на вхо-ды каналов вертикального и горизонтального отклонения и получения в общем случае на экране изображения эллипса. Необходимо амплитуды напряжений и коэффициенты усиления в каналах осциллографа установить такими, чтобы максимальные отклонения по осям Y и X на экране были одинаковыми. При =0 и = 1800 эллипс вырождается в прямые, при = 900 , = 2700 – в окружность (рис.9).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
Основные порталы (построено редакторами)