O O O
Рис.32
Одному из сравниваемых по фазе напряжений U1 = Е1sin
соответствует вектор ОА. Напряжения U’1 и U1’’ на выходе RC- цепей, сдвинутые по фазе относительно U1 на 
, представлены векторами ОБ и ОВ. Напряжению U2 = = Е1sin (
) при 
= 0, т. е. когда оно совпадает по фазе с U1 , соответствует вектор ОГ, совпадающий с ОА (рис.32,а). Напряжение U3 на выходе вычитающего устройства верхнего канала отображается вектором ГБ, равным АБ. Напряжение U4 на выходе вычитающего устройства нижнего канала отображается вектором ГВ, равным АВ. Напряжения U5 и U6 отличаются от U3 и U4 только амплитудами, им соответствуют векторы ГД = АД и ГЕ = АЕ. При = 0 векторная диаграмма симметрична, векторы ГД и ДЕ имеют одинаковую длину, напряжения U5 и U6 на входе амплитудных детекторов имеют одинаковые амплитуды Е5 = Е6. Соответственно будут равными постоянные выходные напряжения амплитудных детекторов Uв1 = Е5 и Uв2 = Е6, и обратится в ноль выходное напряжение фазового детектора Uв = Uв1 - Uв2 = Е5 – Е6 = 0.
При 0<<
вектор ОГ, соответствующий U2 , повернут относительно вектора ОА на угол по часовой стрелке (рис.32,б). При этом длины векторов ГВ и ГЕ – амплитуды напряжений U4 и U6 - становятся соответственно больше длин векторов ГБ и ГД – амплитуд напряжений U3 и U5, т. е. Е6 > E5. Становятся неравными выходные напряжения амплитудных детекторов, выходное напряжение фазового детектора Uв = Uв1 - Uв2 = Е5 – Е6 < 0. Аналогично при -
(рис. 32,в) вектор U2 поворачивается на угол против часовой стрелки. Длины векторов ГБ и ГД – амплитуды напряжений U3 и U5 - становятся соответственно больше длин векторов ГВ и ГЕ – амплитуд напряжений U4 и U6, т. е. Е5>E6. Тогда выходное напряжение фазового детектора Uв = Uв1 - Uв2 = Е5 – Е6 > 0. Характеристика высокочувствительного фазового детектора рассчитывается следующим образом. Входные напряжения U1 = Е1sin, U2 = Е1sin (). На выходе фазосдвигающих RC- цепей
U’1 = E1sin (
), U”1 = E1sin (
).
При 
50 изменения амплитуд, вносимые RC – цепями, малы, их можно не учитывать. На выходе вычитающих устройств
U3=U’1–U2 = E1sin()- E1sin (
) = 2E1sin (
) cos (
),
U4=U1’’–U2 = E1sin () - E1sin () = 2E1sin (
) cos (
).
Эти напряжения усиливаются в к раз в каждом из каналов фазового детектора, поэтому U5=кU3, U6=кU4. Постоянные выходные напряжения амплитудных детекторов каналов равны амплитудам Е5 и Е6 напряжений U5 и U6 :
Uв1 = Е5 = 2к Е1
, Uв2 = 2к Е1
.
Отсюда выходное напряжение фазового детектора, его характеристика
Uв = Uв1 - Uв2 = 2к Е1{ - }.
В пределах рабочего участка характеристики детектора -
можно опустить обозначения модулей и после преобразования записать
Uв = 4кЕ1cos
.
Знак выходного напряжения легко изменять. При 
50 с достаточной степенью точности cos
= 1, sin
, поэтому Uв = -2кЕ1. Характеристика высокочувствительного фазового детектора изображена на рис. 33, она имеет пределы и практически линейна. Ее крутизна S = 
в к раз больше, чем у суммарно-разностного фазового детектора, характеристика которого показана на рис. 33 пунктиром. Во сколько раз уменьшены пределы измерения, во столько раз увеличена крутизна характеристики.
Рис.33
Широкое применение имеет импульсный или триггерный фазовый детектор, основанный на преобразовании фазового сдвига во временной сдвиг последовательностей импульсов и далее в напряжение. Его упрощенная структурная схема (рис.34) содержит два формирующих устройства, триггер и фильтр нижних частот.
Рис.34
Рис.35
Работа детектора поясняется с помощью осциллограмм напряжений. Напряжения U1 и U2 с периодом Т и сдвигом фаз (рис.35,а) подаются на входы формирующих устройств. Из них в моменты времени, близкие к моментам перехода напряжений U1 и U2 через нуль, один раз за период формируются короткие импульсы. Тем самым создаются последовательности коротких импульсов U3 и U4 (рис.35,б), сдвинутые во времени на интервал 
. Импульсные последовательности U3 и U4 управляют триггером, в котором формируется последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой Е, длительностью 
и периодом следования Т (рис.35,в). Фильтр нижних частот выделяет постоянную составляющую этой последовательности – выходное напряжение фазового детектора Uв:
Uв =
Импульсный фазовый детектор имеет линейную характеристику в пределах 0 - - 3600 (рис.36), что является его главным достоинством. Диапазон частот этого детектора от единиц герц до десятков мегагерц.
Рис.36
3.10. Компенсационный метод измерения
Кроме непосредственного или прямого измерения фазового сдвига напряжения с помощью фазовых детекторов, используется также компенсационный метод, когда измеряемый фазовый сдвиг компенсируется фазовым сдвигом, вносимым калиброванным фазовращателем. Структурная схема измерений приведена на рис.37.
Рис.37
Фазовый индикатор служит для установления с высокой чувствительностью одного фиксированного значения фазового сдвига, например нулевого, 900 или любого другого. В принципе может использоваться фазовый детектор любого типа, однако предпочтительнее высокочувствительный фазовый детектор. Для удобства измерений лучше использовать выходной аналоговый измеритель фазового детектора, имеющий шкалу с нулем посередине. Процесс измерения состоит из калибровки – установки собственного фазового сдвига измерительного устройства - и установки компенсирующего фазового сдвига, равного измеряемому. Для калибровки входы измерительного устройства соединяются и на них подается любое из входных напряжений. Затем производится установка фазовращателя в положение , соответствующее нулевому показанию выходного стрелочного прибора фазового индикатора. Тем самым перед измерением компенсируются собственные фазовые сдвиги, вносимые измерительным устройством. Затем на входы подаются сравниваемые по фазе напряжения. Отсчетный плавный фазовращатель устанавливается в новое положение 
, при котором прибор фазового индикатора имеет нулевое показание. Измеренный сдвиг фаз входных напряжений 
. Погрешность измерений определяется удвоенной погрешностью фазовращателя, влиянием чувствительности фазового индикатора обычно можно пренебречь.
3.11. Контрольные вопросы, схемы, задача
Теоретические вопросы: фазовые соотношения при двухканальном изменении частоты, источники погрешностей измерения разности фаз, осциллографические методы измерения, мостовой, емкостный и индукционный фазовращатели, суммарно-разностный, высокочувствительный и импульсный фазовые детекторы, компенсационный метод измерения разности фаз. Схемы: мостовой RC-фазовращатель и суммарно-разностный фазовый детектор с векторными диаграммами, импульсный фазовый детектор.
Задача.
Построить векторную диаграмму балансного суммарно-разностного фазового детектора при Е2 = 2Е1 и 
= … и определить по ней выходное напряжение фазового детектора.
3.12. Список литературы
1. Дворяшин, Б. В. Метрология и радиоизмерения / Б. В.Дворяшин.- М.:Академия, 2005.С 183 -200.
2. Кукуш, В.Д. Электрорадиоизмерения/В. Д.Кукуш. – М.:Радио и связь,1985.С. 113-142.
3. Винокуров, В.И. Электрорадиоизмерения / В. И.Винокуров.- М.: Высшая школа, 1986. С.174-195.
4. Галахова, О. П. Основы фазометрии / О. П.Галахова, Е. Д.Колтик, С. А.Кравченко. – Л.: Энергия, 1976. – 256 с.
|
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)