交流の位相測定

質問

交流の位相測定回路をディスクリートで作成するとしたら何を用いるのか疑問に思いました。
教えていただけたら幸いです。
よろしくお願いします。

回答No.3

angkor_h

簡単な方法は、
比較する二つの信号源を各々、ゼロクロス点で±変換する矩形波に変換します。ゼロクロスは半周期毎が条件になります。ヒステリシスは不要です(ノイズが無い限り)。
たとえば、C-MOS(ノン)インバーターゲートなどで簡単に出来ます。
次に、一つのフリップフロップのS(セット)/R(リセット)を、この二つの矩形波の立ち上がり点でそれぞれ動かします。
フリップフロップの出力の立ち上がり～立下り間が位相差の時間となります。
位相角度は、この出力の繰り返しを360度とした、「位相差の時間」の比率になります。
動作周波数範囲は、この速度に応じた応答速度の部品や回路で得られます。

これらの計測も部品で組みたければ、
たとえば1000回/秒のカウンター回路を構成して、これを先のフリップフロップ出力の立ち上がりでスタート、立下りでストップすれば、このカウンター出力パルス数が遅延時間[ms]となります。
更にもう一つの1000回/秒カウンター回路を、フリップフロップ出力の立ち上がりだけでスタート/ストップさせれば、これが360度時間となります。
源信号の繰り返し周波数が固定の既知であれば、この区間で360回繰り返すカウンターを構成して、先のフリップフロップ出力の立ち上がりでスタート、立下りでストップすれば、その出力パルス数が遅延位相[度]になりますね。

以上は、今ではクラシックなロジックIC応用です。現在では、これが「ディスクリートで構成する」限界では無いでしょうか。当時はムカデ型ロジックICと長ピンソケット、万能PC基盤でラッピング配線、で簡単に実験できましたが、今はどうでしょうか。

回答No.2

bogen555

トランジスタで作った位相計でも100kHz以上は余裕で測れました。
ICだと「AD8302：RF/IFゲインおよび位相検出器」は入力周波数範囲:0<～2700MHzです。
http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD8302_JP.pdf
ただし、このICは遅れと進みの検出ができないんで、オシロで観測する必要があります。
汎用のIC使うと、構成は次のようになります。
入力レベルによりますが、数mV程度まで測定したければ、先ずアンプ、次にコンパレータを置いて正確にデューティ50%の方形波に整形します。
その後位相検波します。
位相検波出力をローパス・フィルタで平滑して位相出力を取り出します。
位相検波器はこのICの「PCP(Phase Comparator2 pulse output)out」か、「PC(Phase Comparator)3 out」を使うか、内部回路をD-FFとゲートICで構成して使います。なお、PCPoutは反転しているんでバッファーICで反転しておきます。
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/cd74hc4046a.pdf

お礼

回答ありがとうございます。
ICによる構成まで教えていただき参考になりました。

回答No.1

bogen555

ディスクリートで作成って、電子回路でエエンですよね。
大昔、IC使って位相計を作ったことがあります。
そのとき、それ以前の位相計はどうなっているか調べました。
真空管時代から位相計はあり、当然真空管で作られていました。
IC登場前のトランジスタ時代は当然トランジスタで作られていました。
こんな回答でよいのでしょうか？

蛇足と思いますが、トランジスタ時代の回路はコレクタ間に逆並列のダイオードを入れた差動増幅器を何段も重ねて入力信号を方形波にし、その後で位相検波（同期整流）していました。

お礼

さっそくの回答ありがとうございます。
ICを使って作成した位相計では，20kHz程度の高周波交流の位相も測定することが可能でしょうか？