Современная электроника №8/2025

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 49 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 Управляемый фазовращатель синусоидального сигнала Рис. 1. Структурная схема управляемого фазовращателя: ФСМ – фазосмещатель; ПН1, ПН2 – перемножители напряжений 1, 2; БМ – блок масштабирования; ФК – формирователь косинуса; ФС – формирователь синуса; С – сумматор Управляемый фазовращатель обеспечивает сдвиг фазы входного синусоидального напряжения в диапазоне 360° при изменении управляющего напряжения постоянного тока в пределах от –10 В до +10 В. Фазовращатель выполнен на базе интегральных микросхем конверторов тригонометрических функций и аналоговых перемножителей напряжений. Область применения управляемого фазовращателя – электронно управляемый сдвиг фазы переменного синусоидального напряжения промышленной частоты. Евгений Колесников Устройства, предназначенные для фазового сдвига гармонического сиг- нала, называются фазовращателя- ми. Если имеется возможность регу- лирования фазового сдвига, то такой фазовращатель называется управля- емым (УФВ). Построение схем УФВ достаточно широко освещено в литературе по электронике. Простейшими фазосме- щателями являются пассивные элек- трические цепи, обеспечивающие сдвиг фазы между током и напряже- нием – это RC - или RL -цепи [1]. УФВ на основе неуравновешенно- го четырёхплечевого моста, в одном из плеч которого включён конден- сатор, являются также пассивными, имеют относительно простую схему и обеспечивают сдвиг фазы сигнала приблизительно от 10° до 160° изме- нением сопротивления переменного резистора [2]. Широкое распространение на прак- тике получили схемы активных УФВ на базе управляемых фазовых филь- тров с применением операционных усилителей (ОУ). Эти УФВ осущест- вляют сдвиг фазы входного сигнала от 0° до 180° с отстающим или опере- жающим фазовым углом сдвига путём изменения сопротивления перемен- ного резистора [3]. Применение в УФВ фазовых филь- тров сделало возможным электронное управления сдвигом фазы путём заме- ны переменных резисторов потенци- ально регулируемыми элементами, например, на полевом транзисторе, аналого-цифровом преобразователе или перемножителе напряжений [4]. Вышеперечисленные УФВ имеют следующие недостатки: либо ручное управление и переменный коэффи- циент передачи, либо нелинейность регулировочной характеристики. Кро- ме того, все эти известные УФВ име- ют узкий диапазон углов сдвига фазы. Развитие средств современной элек- троники позволило коренным обра- зом пересмотреть подход к постро- ению устройств фазового сдвига и разработать УФВ, свободный от выше- указанных недостатков. При построении схемы разработан- ного УФВ было использовано извест- ное тригонометрическое выражение, которое касается формулы синуса сум- мы двух аргументов [5]: На рис. 1 приведена структурная схе- ма разработанного УФВ. УФВ содержит фазосмещатель ФСМ на 90°, первый и второй перемножите- ли напряжений ПН1 и ПН2 , блок мас- штабирования БМ , формирователь косинуса ФК , формирователь синуса ФС и сумматор С [6, 7]. УФВ работает следующим образом. Входное синусоидальное напряже- ние (рис. 1) с частотой ω подаётся на первый вход первого перемножителя ПН1 и вход фазосме- щателя ФСМ на 90°. Фазосмещатель ФСМ сдвигает фазу сигнала на 90° в сторону опережения. В результате на выходе фазосмещателя ФСМ формиру- ется напряжение: Полученное напряжение u 1 подаёт- ся на первый вход второго перемно- жителя ПН2 . Одновременно напряжение управ- ления U у постоянного тока подаётся на вход блока масштабирования БМ . Для принятой максимальной величи- ны напряжения управления | U у max | = = | ± 10| В = 10 В коэффициент передачи блока масштабирования БМ выбран равным K п = 0,1π ≈ 0,314 (использовал- ся в математической модели при моде- лировании УФВ). При этом на выходе блока масштабирования БМ форми- руется напряжение u 2 , пропорцио- нальное напряжению управления U у и численно равное углу сдвига фазы ϕ в радианах. Полученное напряжение u 2 подаётся на входы формирователей косинуса ФК и синуса ФС . После тригонометрического преоб- разования напряжения u 2 на выходе формирователя косинуса ФК форми- руется напряжение u 3 = cosϕ. Напря- жение u 3 подаётся на второй вход пер- вого перемножителя ПН1 (рис. 1). При этом на выходе формирователя сину- са ФС формируется напряжение u 4  = = sinϕ. Напряжение u 4 подаётся на второй вход второго перемножителя ПН2 (рис. 1). Перемножители ПН1 и ПН2 произво- дят перемножение соответствующих входных сигналов u вх и u 1 на сигналы, полученные на выходе формировате- лей косинуса ФК и синуса ФС . Соответ- ственно u 3 = cosϕ и u 4 = sinϕ. В результате на выходах перемно- жителей ПН1 и ПН2 формируются напряжения соответственно u 5 и u 6 :