IMG�06 (2)

rozpoznają znaku” różnicy potencjałów poddanej detekcji, a stan zrównoważenia układu oceniany jest na podstawie minimum wskazania detektora (minimum napięcia)

Detektory fazoczule zera napięcia zmiennego wyróżniają się zdolnością detekcji napięcia zalezme od jego fazy w stosunku do napięcia odniesienia, a więc w szczególnym przypadku również detekcji znaku różnicy potencjałów (zmiana znaku odpowiada zmianie fazy o 180*) Fazoczułość układu elektronicznego można wykorzystać do wydzielania interesujących nas składowych napięcia zmiennego i ewentualnego mierzenia takich składowych. co może być bardzo użyteczne w obwodach pomiarowych prądu zmiennego, np można zmierzyć dwie ortogonalne składowe (przesunięcie fazy 90*) i mieć pełne dane o napięciu zmiennym (moduł i fazę)

Na rys 3 S pokazano schemat realnego układu, za pomocą którego objaśnia się działanie fazoczułego detektora

W układzie wszystkie oporniki są jednakowej rezystancji. Gdyby napięcie U„ ('sterujące) równało się zeru. lo z powodu symetrii na wyjściu wzmacniacza napięcie byłoby równe zeru. bo U„ (napięcie poddane detekcji) oddziałuje równocześnie na oba wejścia wzmacniacza jednakowo (tak jakby było Izw napięciem wspólnym) Gdy doprowadzone zostanie prostokątne napięcie U_u (prostokątne me musi być. ale upraszcza no zumienie zasady działania) i będzie ono w fazie z sinusoidalnym napięciem t/„ (na rysunku wyróżniony przypadek „1" na wejściu i wyjściu), to naruszona zostanie symetria dla dodatniej połówki U„ węzeł „I" zostanie uziemiony (bo tranzystor Tl zwiera rezystancję), a tym samym zostanie uziemione wejście odwracające Na wyjście przeniesie się dodatnia połówka sinusoidy przez wejście nieodwracającc (przebieg „I" na wyjściu) Z kolei dla ujemnej połówki napięcia U_a węzeł .2" zostanie uziemiony (tym razem tranzystor T2 zwiera) i ujemna połówka napięcia U_m przeniesie się na wyjście ale tym razem przez wejście odwracające Dla ujemnej połówki sinusoidy otrzymamy więc na wyjściu również dodatnie napięcie (jak poprzednio, będzie to następna półfala przebiegu „1" na wyjściu) W kolejnych okresach cykl się powtórzy Załóżmy obecnie, ze napięcie (/„ zmieniło fazę o 180* (przypadek J" na wejściu) Gdy mamy dodatnią połówkę U_m i uziemiony jest węzeł .1" (lak jak poprzednio), lo tym razem w tym czasie występuje ujemna połówka napięcia I/— (bo faza przesunięta), która przez wejście m cod wracające przeniesie się na wyjście jako ujemna półfala napięcia (przypadek „2" dla (/„) Analogicznie dla ujemnej połówki U_a uziemiony zostanie węzeł JT. a dodatnia półfala napięcia (/„ przeniesie się na wyjście przez wejście odwracające i będzie odwrócona - da następną, ujemną półfalę

Rys.3. S. Schemat objaśniający działanie detektora fazoczułego

Widzimy więc, że przesunięcie fazy o 180* (między napięciem sterującym i napięciem poddawanym detekcji) zmienia znak napięcia na wyjściu - średnie napięcie jest albo dodatnie albo ujemne (i wyprostowane) Gdyby rozpatrzyć przesunięcie wzajemnej fazy o 90°. to na wyjściu otrzymalibyśmy jedną ćwiartkę sinusoidy dodatnią a drugą ujemną na przemian Średnie napięcie byłoby wówczas równe zeru Dla każdej fazy pośredniej średnia wartość napięcia na wyjściu zmieniałaby się od największego ujemnego (przebiegi U_a i przesunięte w fazie o 180°). przez zero (przesunięcie 90*). do największego dodatniego (przebiegi w fazie zgodnej) W rozważaniach zmienialiśmy fazę napięcia U„, ale oczywiście laki sam skutek otrzymamy. gdy zmieniać się będzie faza napięcia U„ względem sterującego.

Gdyby napięcie U_m było o częstotliwości innej niż napięcie C/„, lo faza wzajemna zmieniałaby się i częstotliwością różnicową, napięcie na wyjściu przechodziłoby przez wszystkie rozpatrywane fazy z częstotliwością różnicową, a jego wartość średnia wyniosłaby zero (za okres wynikający z częstotliwości różnicowej) Czyli na wyjściu detektora fazoczułego me może powstać średnic napięcie różne od zera dla innej częstotliwości niż tylko dla U_m o częstotliwości dokładnie równej częstotliwości U„ ( stwierdzenie nic

dotyczy harmonicznych) Selektywność jest lu bardzo ostra. gdy na wyjściu jest mierzona składowa tulą napięcia (napięcie średnic)

Detekcja fazoczuła ma zastosowanie me tylko w układach równoważonych ręcznie ale również w układach przyrządów równoważonych automatycznie, szczególnie przy pomiarach składowych impedancji (tzw. analizatory obwodów), w których wydzielone składowe fazowe napięcia mierzy się ostatecznie cyfrowo. W tych zastosowaniach układy detektorów fazoczułych również zaspokajają oczekiwania konstruktorów przyrządów.

Detektor znaku (różnicy) jest w elektronice (i w katalogach układów elektronicznych) nazywany komparatorem analogowym Dla elektroników nazwa komparator jest nazwą uzasadnioną, bo za pomocą takiego komparatora porównuje się napięcia, ale nie jest tak w dziedzinie pomiarów Nazwy „komparator” w zastosowaniu do detektorów znaku me będziemy używać, bo w miernictwie „komparator" jest złożonym układem (przyrządem) realizującym mierzenie przez porównanie, w którym detekcja stanu zrównania jest tylko jedną z potrzebnych funkcji Potrzebujemy więc rozróżniać, co jest tylko detekcją stanu komparacji osiąganą przy użyciu detektora znaku (różnicy), a co jest komparatorem (pomiarowym), w którym detektor może być potrzebny^{1 2} Specyfikacja „analogów/’ w nazwie „komparator analogowy ma informować, że ma on zastosowanie do porównywania napięć zmieniających się w sposób ciągły i wykrywania znaku (właściwie zmiany znaku) najlepiej dowolnie małej różnicy W przeciwieństwie do analogowych „komparator cyfrowy" przeznaczony jest do porównywania napięć występujących w układach cyfrowych ³ Z tego wynikają poważne następstwa konstrukcyjne: układy elektroniczne „komparatorów analogowych" są wyrafinowaną konstrukcją, gdzie osiągnięcie skrajnie oczekiwanych właściwości jest bardzo trudne, czego nie można powiedzieć o komparatorach cyfrowych, od których oczekuje się detekcji różnicy napięcia pomiędzy tzw „poziomami logicznymi", a więc różnicy dużej (np 2 do 3 V w standardzie TTL).

Układowo detektor znaku może być wzmacniaczem różnicowym (oczywiście odpowiednio zmodyfikowanym) o bardzo dużym wzmocnieniu lub może być odpowiednim przerzutnikiem Jak już zauważyliśmy, jego konstrukcja jest wyrafinowana, w przeciwieństwie do tzw komparatorów cyfrowych porównujących „poziomy logiczne".

Od detektora znaku oczekuje się, żeby po wystąpieniu możliwie małej różnicy *A_PU na wejściu (gdy wcześniej było jakieś -AU) możliwie szybko zmieniło się na wyjściu napięcie z U*y dolne na U_v górne (rys 3.6) Po zaistnieniu natomiast różnicy -ApU (gdy wcześniej było na wyjściu Uwy górne) oczekuje się, żeby zmieniło się na wyjściu napięcie na U*y dolne. Dolne lub górne napięcie (po ewentualnym dopasowaniu poziomów) jest napięciem sterującym w układach cyfrowych (tzw wysoki lub niski poziom logiczny). Napięcie ±A_PU przez elektroników jest nazywane „czułością komparatora analogowego” („czułość” jest tu rozumiana inaczej niż wg definicji 3 5). W miernictwie AfU jest progiem pobudliwości detektora znaku

Wymagania, zęby ApU było małe oraz żeby przejście z jednego stanu do drugiego było szybkie, są konstrukcyjnie wymaganiami przeciwstawnymi jeżeli małe jest ApU, to

93

1

¹ Na przykład komparator wzorców długości jest skomplikowanym urządzeniem, w którym po zastosowaniu optycznych przyrządów pomocniczych ułatwiających detekcję sianu zrównania (skomparowaiua), oko ludzkie dokonuje (choć dziś nie musi) ostatecznie detekcji lego stanu.

2

Istnieje tradycja nazywania wielkości fizycznych, które zmieniają się w sposób ciągły, wielkościami analo

3

gowymi (sygnałami analogowymi), bo jakoby „przenoszą informację analogową", w przeciwieństwie do wielkości przyjmujących stany dyskretne, tzw. poziomy logiczne, które interpretowane cyfrowo (logicznie) nazywane są „sygnałami cyfrowymi". Jednak ic same „napięciowe sygnały cyfrowe" obserwowane (interpretowane) jako realne fakty fizyczne w dziedzinie miernictwa są po prostu przebiegami impulsowymi napięcia, gdy np są poddane mierzeniu za pomocą oscylografii. Został tu przeniesiony do fizyki i miernictwa język telekomunikacji (żargon branżowy), fałszywy z punktu widzenia zjawisk fizycznych i tym samym miernictwa, ale rozpowszechniony.