CN103760417A - 带测频功能的简易交流信号相位捕获电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带测频功能的简易交流信号相位捕获电路。本发明主要是利用了比较器能比较两个输入电压是否相等，并且能判断出两个电压之间的大小关系。根据设定捕获的相位，选择参考信号进行比较，每当待测信号的相位到达设定的捕获相位时，比较器的输出会输出跳变沿，根据此跳变沿是上升沿跳变还是下降沿跳变可判断是否捕获到该相位。因此，只要检测比较器输出端的跳变沿即可捕获设定的相位。本发明原理简单可行，电路构造简单、所用元件少，成本低廉。

Description

带测频功能的简易交流信号相位捕获电路
技术领域
本发明属于信号参数测量领域，涉及一种电路，具体涉及一种带测频功能的简易交流信号相位捕获电路。
背景技术
幅值、频率、相位是交流信号的三个基本参数，通常，我们研究交流信号只需研究其幅值和频率。在对于相位的研究上，人们较多关注的是两个信号之间的相位差的测量。然而，在其它的一些场合，如在电机控制、通信领域、模拟电路故障检测中，则还需考虑信号自身的相位问题。传统的相位捕获方法大多数电路结构复杂，成本高，且对软件处理要求较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种带测频功能的简易交流信号相位捕获电路，该电路既有相位捕获功能，又带有测频功能。本发明的测量元件主要由比较器构成，相位捕获主要是利用比较器的电压比较特性，测频率主要是利用比较器的波形转换功能。
本发明由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可变阻R1、可变电阻R6、接口P1、接口P2、接口P3、比较器U1组成。可变电阻R1的一端、电阻可调端与接口P1相连，构成待测信号输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地；电阻R4的另一端与比较器U1的正输入端即3号引脚相连；可变电阻器R6的一端、电阻可调端与接口P2相连，组成直流基准电压的输入端，可变电阻器R6的另一端与电阻R3的一端、比较器U1的负输入端即2号引脚相连；电阻R3的另一端接地；比较器U1的8号引脚和比较器供电电源VCC、电阻R5的一端相连；比较器U1的4号引脚接地；比较器U1的输出端即1号引脚和电阻R5的另一端、接口P3相连组成信号的输出端；其中，比较器U1型号为LM393，电阻R5为上拉电阻，使该电路默认输出高电平，增加输出驱动能力。
本发明主要是利用了比较器能比较两个输入电压是否相等，并且能判断出两个电压之间的大小关系。根据设定捕获的相位，选择参考信号进行比较，每当待测信号的相位到达设定的捕获相位时，比较器的输出会输出跳变沿，根据此跳变沿是上升沿跳变还是下降沿跳变可判断是否捕获到该相位。因此，只要检测比较器输出端的跳变沿即可捕获设定的相位。另外，由于比较器还可将交流信号转化为同频率方波信号，还可通过测量电路输出端的方波频率测出输入信号的频率。
与传统的相位捕获装置相比，本发明原理简单可行，电路构造简单、所用元件少，成本低廉。且本电路效果明显，电路搭建容易，输出为方波信号，通过检测方波上升沿、下降沿、频率，即可捕获所需相位，测得信号频率，对软件的要求低。
附图说明
图1为本发明的电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可变阻R1、可变电阻R6、接口P1、接口P2、接口P3、比较器U1组成。可变电阻R1的一端与接口P1相连，构成待测信号输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地。电阻R4的另一端与比较器U1的正输入端即3号引脚相连。可变电阻器R6的一端和接口P2相连，组成直流基准电压的输入端，可变电阻器R6的另一端和电阻R3的一端、比较器U1的负输入端即2号引脚相连。电阻R3的另一端接地。比较器U1的8号引脚和比较器供电电源VCC、电阻R5的一端相连。比较器U1的4号引脚接地。比较器U1的输出端即1号引脚和电阻R5的另一端、接口P3相连组成信号的输出端。其中，比较器U1采用LM393。电阻R5为上拉电阻，使该电路默认输出高电平，增加输出驱动能力。
本发明的工作过程如下：
待测交流信号通过接口P1输入电路，经过可变电阻R1和电阻R2分压，分压后的交流信号经过R4加载到比较器U1的正输入端。若待测交流信号为S，则此时，加载到比较器U1的正输入端的信号为                                               。与原待测信号相比，输入到比较器U1正输入端的信号仅仅改变了幅值，其它参数不变，可以通过调节可变电阻R1改变其幅值。直流参考信号通过接口P2接入本电路，经过电阻R3、可变电阻R6分压后加载到比较器U1的负输入端。若提供的直流参考信号为V，则加载到比较器U1负端的输入信号为
Figure 2014100063157100002DEST_PATH_IMAGE004
，同理可通过调节可变电阻R6改变其大小。
当有待测交流信号输入时，先调节可变电阻R1，将它缩小适当比例，使加载到比较器U1正输入端的信号有大小合适的幅值。选择合适的直流参考信号VDD。由于加载到U1正输入端的信号与原信号的频率相位都相同，因此只要根据该信号的待捕获相位，即可算出该相位时加载到比较器U1正输入端的电压值V1。然后调节可变电阻R6，使加载到比较器U1负输入端的参考电压
Figure 2014100063157100002DEST_PATH_IMAGE006
等于V1。当U1正输入端的信号幅值大于V1时，比较器输出端接口输出高电平。当U1正输入端的信号幅值小于V1时，比较器输出端接口输出低电平。U1正输入端电压每经过一次V1时，U1输出端就会产生一次电平跳变。由于在交流信号中，同一个幅值通常有两个不同的相位，只要再检测该跳变是上升沿跳变还是下降沿跳变，就能准确分辨是否为待捕获相位。另外，由于比较器具有波形变换的功能，交流信号输入后，输出信号为与之同频率的方波信号。在本发明中，设定的待捕获相位不同，则输出方波的占空比不同，但是方波的频率始终和原输入信号的频率一致。因此只要在本电路中检测出比较器输出方波的频率即可得到待测交流信号的频率。

Claims (1)

1. 带测频功能的简易交流信号相位捕获电路，由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可变阻R1、可变电阻R6、接口P1、接口P2、接口P3、比较器U1组成，其特征在于：
可变电阻R1的一端、电阻可调端与接口P1相连，构成待测信号输入端，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电阻R4的一端相连，电阻R2的另一端接地；电阻R4的另一端与比较器U1的正输入端即3号引脚相连；可变电阻器R6的一端、电阻可调端与接口P2相连，组成直流基准电压的输入端，可变电阻器R6的另一端与电阻R3的一端、比较器U1的负输入端即2号引脚相连；电阻R3的另一端接地；比较器U1的8号引脚和比较器供电电源VCC、电阻R5的一端相连；比较器U1的4号引脚接地；比较器U1的输出端即1号引脚和电阻R5的另一端、接口P3相连组成信号的输出端；其中，比较器U1型号为LM393，电阻R5为上拉电阻，使该电路默认输出高电平，增加输出驱动能力；
当有待测交流信号输入时，先调节可变电阻R1，将它缩小适当比例，使加载到比较器U1正输入端的信号有合适的幅值；选择合适的直流参考信号VDD；由于加载到比较器U1正输入端的信号与原信号的频率相位都相同，因此只要根据该信号的待捕获相位，即可算出该相位时加载到比较器U1正输入端的电压值V1；然后调节可变电阻R6，使加载到比较器U1负输入端的参考电压                                               等于V1；当比较器U1正输入端的信号幅值大于V1时，比较器输出端接口输出高电平；当比较器U1正输入端的信号幅值小于V1时，比较器输出端接口输出低电平；比较器U1正输入端电压每经过一次V1时，比较器U1输出端就会产生一次电平跳变，只要再检测该跳变是上升沿跳变还是下降沿跳变，就能准确分辨是否为待捕获相位；另外，由于比较器具有波形变换的功能，交流信号输入后，输出信号为与之同频率的方波信号；设定的待捕获相位不同，则输出方波的占空比不同，但是方波的频率始终和原输入信号的频率一致；因此只要在本电路中检测出比较器输出方波的频率即可得到待测交流信号的频率。
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