книги из ГПНТБ / Барсуков Ф.И. Элементы и устройства радиотелеметрических систем

импульсов, возвращает триггер в исходное состояние. Длительность формируемого на выходе триггера импуль­ са составляет:

Т=К2Тэт,

где Tg?— 1//эт-

Подставив значение Т в выражение (3-12), получим:

ГЦ —КгТэтFизм-

Отсюда

При таком методе измерения частоты ошибка за счет дискретности представления результата измерения сос­ тавляет:

С увеличением длительности маркерного интервала Т (за счет увеличения Кг или Тзт) ошибка в измерении час­ тоты входного сигнала за счет дискретности представле­ ния уменьшается.

В периодомере (рис. 3-12,6) интервал времени Т, в те­ чение которого ведется счет импульсов эталонной частоты /эт, формируется под воздействием входного сигнала, пред­ варительно преобразованного в периодическую последова­ тельность импульсов. Импульсы сигнала через логичес­ кий элемент Иг подаются на вход счетчика II и триггера.

Первый импульс сигнала, прошедший через элемент Иг после его открытия сигналом начала счета, запускает триггер. В начальное состояние он возвращается вы­ ходным импульсом счетчика II (делителя частоты). При этом на выходе триггера формируется импульс, длитель­

Выходные импульсы триггера подаются на один из входов элемента ИіНа другой вход этого элемента по­ ступают счетные импульсы от генератора с высокой ста­ бильностью. Выходные импульсы элемента Иі считаются двоичным счетчиком I. Количество импульсов г]1т, про­ шедших через элемент Иі-за интервал времени Тс, сос­ тавит:

Т]1Т = І/оТ^С = fa r К г Т пзы-

НО

При перемещении движков потенциометрических преобразователей под действием изменяющихся телеметрируемых величин выходные напряжения всех пре­ образователей будут изменяться в пределах от 0 до Uо.

Потенциометрические преобразователи можно питать

также от источников переменного тока. В этом случае выходное переменное напряже­ ние измерительных преобразователей бу­ дет изменяться по ам­ плитуде.

мых от сети постоянно­ го тока с напряжением, величина которого больше пре­ дельного значения уровня нормирования. По этому же способу могут нормироваться все другие напряжения, подаваемые в кодер для передачи по радиотелеметрпческой линии.

На рис. 3-14 приведена схема согласующего устрой­ ства с делителем на резисторах. Напряжение Uд, посту­ пающее с выхода измерительного преобразователя на вход согласующего устройства, равно:

где Uo— напряжение питающей сети; \ — относительное отклонение подвижного контакта потенциометрического преобразователя.

Напряжение Пд может вменяться в пределах от 0 до •U0. Изменение же нормированного напряжения Un на выходе согласующего устройства должно быть в преде­ лах от 0 до и н.макс= 6 в. Для согласования выхода изме­ рительного преобразователя со входом канала радиотелеметричеекой системы включаются делители на резисто-

112

pax R2I RI с коэффициентом деления, равным отношению RzKRz+Ri)- 'При этом выполняется соотношение

Из последнего соотношения следует, что нормализо­ ванный сигнал Um определяющий значение телеметри-

руемой величины, зависит от напряжения До питающей сети. Нестабильность этого напряжения будет вызывать погрешность телеизмерений. Для устранения этой по­ грешности по одному из каналов РТС передается опор­ ный (калибровочный) сигнал, величина которого опреде­ ляется сопротивлениями резисторов Roi и Ro, образующих

делитель напряжения в опорном канале:

Отношение напряжений Дн/Д on HG ЗАВИСИТ ОТ 'ВбЛ'ИЧИ" ны напряжения источника питания, а является лишь функцией величины телеметрируемого параметра и коэф­ фициентов передачи делителей напряжения в измери­ тельном и опорном каналах:

Для реальной системы коэффициент T]C известен, поэтому, измерив отношение Дд/Д0ш можно определить величину телеметрируемого параметра, представляемого величиной X.

Если по одному из каналов РТС передать значение некоторого эталонного напряжения, то описанным выше способом можно измерить текущие значения напряже­ ния питающей сети, выходных напряжений потенцио­ метрических преобразователей и всех других электриче­ ских напряжении, измеряемых с помощью РТС.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛОГОВЫХ РТС С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

4-1. Г Е Н Е Р А Т О Р Ы П О Д Н Е С У Щ И Х К О Л Е Б А Н И И

В качестве поднесущих колебаний в РТС с ча­ стотным разделением каналов используются преимуще­ ственно напряжения синусоидальной формы низкой ча­ стоты звукового и ультразвукового диапазонов (от сотен герц до нескольких десятков килогерц). Формирование поднесущих колебаний производится как генераторами синусоидальных колебаний, так и релаксационными ге­ нераторами (мультивибраторами) с селективными вы­ деляющими фильтрами на выходе.

Число генераторов поднесущих частот в передающем устройстве равно числу информационных каналов РТС и может быть от нескольких единиц до нескольких де­ сятков.

Генераторы поднесущих частот должны быть просты, надежны и экономичны в эксплуатации, должны обеспе­ чивать высокую стабильность амплитуды и частоты вы­ рабатываемых колебаний при действии дестабилизирую­ щих факторов.

Выбор схемы генератора поднесущих колебаний (ГПК) определяется видом первичной модуляции, типом используемого измерительного преобразователя и ха­ рактером выходного сигнала этого преобразователя.

Для формирования поднесущих колебаний в технике радиотелеметрии наибольшее распространение получили LC- и -RC-генераторы. В высокочастотной части диапа­ зона поднесущих частот обычно используются LC-гене- раторы (трехточечные схемы и схемы с индуктивной связью). В низкочастотной части диапазона поднесущих частот применяются преимущественно і?С-генераторы

114

ных по схемам и конструктивному выполнению ГПК для РТС.

Ниже рассматриваются только два типа ГПК — гене­ раторы со сдвигом фазы и двухканальные генераторы, успешно используемые в РТС, но недостаточно описан­ ные в литературе.

Генераторы со сдвигом фазы. Из условия выполнения баланса фаз в автогенераторе может быть определена частота генерируемых колебании, если известны фазочастотные характеристики усилитель­ ной части генератора и цепи положительной обратной связи. На генерируемой частоте суммарный сдвиг фазы сигнала в усилителе генератора и цепи положительной обратной связи должен быть равен нулю или целому числу 2л. Если искусственно изменить вели­ чину сдвига фазы в усилителе или цепи положительной обратной

связи, то условие баланса фаз на первоначально генерируемой ча­ стоте нарушится и будет выполняться уже на другой частоте. По­ этому изменением сдвига фазы сигнала, например, в цепи обратней связи можно перестраивать генератор по частоте или осуществлять частотную модуляцию генерируемых колебаний.

На рнс. 4-1,а приведена структурная схема одного из вариан­ тов генератора.

В этой схеме в цепь положительной обратной связи генератора включены фазовращатель, управитель, смеситель и фазовый коррек­ тор. Усилитель генератора поворачивает фазу выходного сигнала на 180°. Его коэффициент усиления должен быть равен затуханию сиг­ нала, вносимому цепыо положительной обратной связи.

Выходной сигнал усилителя подается на входы фазовращателя и управителя. На рис. 4-1,6 приведена векторная диаграмма изменений фазы сигнала в отдельных элементах замкнутой цепи автогенератора поднесущих колебаний. Фазовращатель поворачивает фазу выходно­

ного сигнала в зависимости от подводимого Uynр с выхода измери­ тельного преобразователя или согласующего устройства управляю­ щего напряжения. На выходе управителя образуется напряжение Ѵ 2.

В смесителе оба напряжения Ui и 1)2 складываются так, что выходное напряжение смесителя*<U3 оказывается повернутым по фазе на угол ф|. Этот фазовый сдвиг будет зависеть от амплитуды на­ пряжения U2, а следовательно, от величины управляющего напря­ жения

Так как

U 2 — К у пр и у пр

(где Лупр — коэффициент преобразования управителя), то

Фазовый корректор осуществляет дополнительный сдвиг сигнала Uз на угол я/2.

Выходное напряжение фазового корректора U\ при поступле­ нии на его вход напряжения U3 также не будет довернуто до 180° на угол фі, а это значит, что в замкнутой цепи генератора на часто­ те Шо не будет соблюдаться условие баланса фаз. Генератор автома­ тически перестроится на другую частоту, при которой с учетом фа­ зочастных характеристик всех элементов замкнутого контура гене­ ратора и в особенности элементов с резко выраженной зависимо­ стью частоты от сдвига фазы (фазовращатель и фазокорректор) бу­ дет выполняться условие баланса фаз.

Таким образом, изменяя амплитуду напряжения U2 под дей­ ствием управляющего напряжения, можно осуществлять частотную модуляцию колебаний генератора.

116

На рис. 4-2 приведены примерная функциональная схема генера­ тора со сдвигом фазы, на которой цепь положительной обратной свя­ зи показана более детально. Фазовращатель состоит из трансформа­ тора Тр1 и цепочки ЯіСі, нагружающей вторичную обмотку этого трансформатора. К зажимам первичной обмотки трансформатора подводится выходное напряжение усилителя.

Модуль коэффициента передачи фазовращателя на средней частоте равен 1/2, а поворот фазы выходного сигнала по отношению к входному составляет я/2.

■В качестве управителей в подобных генераторах могут использо­ ваться разнообразные преобразователи постоянного тока в перемен­ ный (модуляторы), выполненные на<диодах, транзисторах или э.пек-

Рис. 4-2. Функциональная схема генератора со сдви­ гом фазы.

тронных лампах, а также любые элементы, параметрами которых (сопротивлением, емкостью или индуктивностью) можно управлять’ с помощью напряжения. Для этих целей широко применяются так­ же мостовые резисторные схемы.

На рис. 4-2 приведена наиболее простая схема управителя (мо­ дулятора) в виде эмпттерного повторителя иа транзисторе Ті с пи­ танием выходной цепи постоянным напряжением, а входной — пере­ менным. Для питания выходной цепи эмпттерного повторителя ис­ пользуется управляющее напряжение Uynр. Коэффициент передачи модулятора Км зависит от величины управляющего напряжения.

Связь между входным напряжением управителя И переменной составляющей его выходного напряжения будет определяться соот­

Смеситель в схеме генератора выполнен в виде сумматора на ре­ зисторах, включенных по параллельной схеме. Напряжение на выхо­ де сумматора без учета влияния нагрузки составит:

117

Выражение в скобках при нервом члене правой части выражения (4-5) представляет собой передаточную функцию сумматора для на­ пряжения U1

ректора) обозначим Кз(и'а=KzUa)-

В качестве фазового корректора часто используется простой низкочастотный LC-фильтр.

Такой фильтр в пределах рабочего диапазона изменений частоты генерируемых сигналов обеспечивает линейную зависимость сдвига фазы от частоты и выполнение условия баланса фаз в замкнутой це­ пи генератора на генерируемой частоте.

Условие возбуждения генератора запишется в следующем виде

где Куо — коэффициент усиления усилителя; Кі — коэффициент пе­ редачи фазового корректора; К фп — коэффициент передачи фазовра­ щателя.

После подстановки в выражение (4-8) значений коэффициентов и проведения соответствующих преобразований в полученном окон­ чательном выражении будут иметься мнимая и вещественная состав­ ляющие. Из условия равенства нулю мнимой части окончательного выражения можно получить соотношение для определения частоты генерируемых колебаний в следующем виде;

щего напряжения, ее значение определяется параметрами фазовра­

с тензометрическим преобразователем. В этом случае коэффициент Кг будет коэффициентом передачи моста согласующего устройства тензометрического преобразователя. Так как коэффициент передачи мостовой схемы согласующего устройства весьма мал, то для обес­ печения условий возбуждения необходимо соответственно увеличить коэффициент усиления усилителя (/С>-о«1 0 °).

118

Разбаланс моста па величину ±1% приводит в таком генера­ торе к относительному изменению частоты иа ±10% при практи­ чески линейной модуляционной характеристике.

Двухканальный генератор. Двухканальный генератор представ­ ляет собой одну из разновидностей генераторов, со сдвигом фазы, модуляция генерируемых колебаний в котором достигается за счет управляющего напряжения, вызывающего изменения коэффициентов усиления отдельных цепей генератора, что сопровождается фазовым сдвигом результирующего колебания в цепи обратной связи. Струк­

с комплексными -коэффициентами передачи Ft и F 3. Суммирующее

устройство имеет комплексный коэффициент передачи F 3. Комплекс­ ные коэффициенты передачи каналов различны, так что сигнал, про­ ходя но этим каналам, сдвигается по фазе и усиливается по-раз­ ному. Однако результирующий сигнал на выходе сумматора на ге­ нерируемой частоте всегда удовлетворяет условию баланса фаз и амплитуд.

Для специальных устройств возможно построение подобных ге­ нераторов с числом сигнальных каналов, большим двух.

Перестройка двухканального генератора производится измене­ нием коэффициентов усиления каналов. Изменение Куа и Кусг мо­ жет осуществляться любым путем, в том числе и под действием управляющего напряжения.

Если разорвать цепь обратной связи в точке б, то комплекс­ ный коэффициент передачи разомкнутой системы может быть пред­ ставлен в виде следующего выражения:

/Ср = [Кус, Ft + К у сЛ ] К - (4-П)

где F3— комплексный коэффициент передали суммирующего устройства,

119