УДК 621.38
ФАЗОМЕТР В ELECTRONICS WORKBENCH
Козлов Е.М., Пивень М.В.
Научный руководитель канд. техн. наук, доцент БЛАДЫКО Ю.В.
Для измерения частоты и фазы в электронной лаборатории Electronics Workbench [1] существуют много способов. Один из них - осциллографический способ измерения этих величин – по эллипсу (фигурам Лиссажу) (рис.1). При фазе 90° фигура Лиссажу представляет собой окружность, при других фазах - эллипс.
Рис. 1. Способ эллипса
Точность измерения фазы и частоты с помощью фигур Лиссажу существенно ниже, чем осциллографических в режиме ZOOM (рис.2).
Рис. 2. Определение фазы по осциллограммам
Используя измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter) в режиме Phase, можно построить фазо-частотную характеристику (рис.3).
Рис.3. Измеритель АЧХ и ФЧХ
Для любой частоты входного сигнала определяется угол сдвига фазы напряжения в заданной (выходной) точке (рис. 4).
Рис. 4. Измерение угла сдвига фаз
В данной работе предлагается модель цифрового фазометра Wat_Phaz (рис. 4). Для измерения мощности и ее составляющих можно использовать модель ваттметра [1]. На рис. 5 представлена модифицированная схема этой модели.
Рис. 5. Измеритель мощности и фазы Wat_Phaz
Она содержит управляемый током источник Ic, имитирующий токовую обмотку ваттметра (вход I); управляемый напряжением источник Uc1, имитирующий обмотку напряжения (вход U); перемножитель М, имитирующий взаимодействие токовой и обмотки напряжения ваттметра (выход W - для измерения активной мощности вольтметром W постоянного тока).
Активное сопротивление «токовой обмотки», включаемой последовательно с нагрузкой (зажим L - LOAD), определяется выбранным (в диалоговом окне) значением коэффициента передачи источника Ic и в данном случае равен 0.001 Ом. В то же время для реализации алгоритма ваттметра на базе перемножителя необходимо обеспечить масштаб 1А=1В и соответственно эквивалентное сопротивление «токовой обмотки» 1Ом, что достигается установкой коэффициента передачи перемножителя равным обратной величине коэффициента передачи источника Ic (в данном случае 1000). Эту функцию в рассматриваемом приборе выполняет дополнительный управляемый источник Uc2 с коэффициентом передачи 1000, что позволяет повысить уровень сигнала на входе фазометра.
Фазометр состоит из двух компараторов на ОУ 1, на входы которых поступают сигналы с токовой и обмотки напряжения ваттметра. Выбранный режим работы ОУ 1 по выходному напряжению Vsw+=3.6B, Vsw-=0 позволяет сформировать на их выходах однополярные импульсы фиксированной амплитуды 3.6 В и смещенных относительно друг друга на временной промежуток T2-T1, что при значении периода T соответствует фазовому углу между напряжением и током в исследуемой цепи φ=360·(T2-T1)/T. Сигналы с компараторов поступают на входы дифференциального усилителя на ОУ 2 с коэффициентом передачи R3/R2=0.1, на выходе Ph(Phase) которого формируются сигналы амплитудой 3.6·0.1 = 0.36 В = 360 мВ, длительностью T2-T1 и периодом следования T. Постоянная составляющая такой последовательности, измеряемая вольтметром DEG/mV, составляет 360·(T2-T1)/T мВ, т.е. показания указанного вольтметра соответствуют значению угла φ в градусах, что и подтверждается результатами моделирования (рис. 6).
Рис. 6. Осциллограмма сигналов в канале фазометра
В заключение отметим, что фазометр работает удовлетворительно при крутых фронтах прямоугольных импульсов на выходе компараторов, что затруднительно в среде Electronics Workbench 5.12.
1 Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004.- 800 с.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.