CN1039938A - 转换电路 - Google Patents

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Abstract

受直流补偿影响的正弦交流电压转变成矩形波电压的电路，没有用附加的补偿法而是用了两个耦合运算放大器的电路来实现转换。

Description

运算放大器是具有高放大倍数的直流电压放大器，其输入电路是设计为微分放大器。在运算放大器作为交流电压放大器使用时，交流电压输入信号上叠加一直流电压，也称为直流-偏置，产生一干扰，因为在某些应用中这里会产生出在输出端的电位漂移，例如在直流耦合的几个运算放大器中是不希望有的。人们知道，消除这些电位漂移可用电容耦合或如果已知常直流补偿值，可采用电压补偿。
本发明的目的是示出一电路，其中矩形波电压是从已知幅度的输入变换电压中用直流耦合两个运算放大器导出的，该输入变换电压具有未知的直流补偿。
这个任务的完成是根据本发明在权利要求1所述的特征部分来解决。发明的进一步的发展在子权利要求的特征中。
通过根据专利权利要求1的电路的应用，可以得到，在第一运算放大器中产生交流电压的放大，那么在第一交流电压的最大值或最小值达到之后，立刻出现V＝1的直流电压放大。这是可以在反向反馈回路中利用两个反并联连接的二极管获得，由该回路布设在交流电压反向反馈下端的电容器直接充电到呈现在输入点未知直流补偿的电位，不取决于反向反馈电阻器的大小，亦即没有时间常数。当放大器的输出点上的直流补偿是与输入点的直流补偿有相等量时，有可能把第二个运算放大器作为比较器工作的输入直接地与该电位联系起来。由第一运算放大器的输出点的放大的交流电压与矩形波信号输入电位相比较没有或仅仅很少有稳定的直流补偿产生，因为比较器的两个输入点的直流部分几乎是相等的。
第一运算放大器的输出点上重叠放大交流电压的幅值是由组成反向反馈的电阻器的选取所决定的。它是小于导通级电压，例如反並联连结二极管的±0.7伏，因此不会由二极管引起的限制效应。对于出现在第一运算放大器的输出点上的直流电压A，关系式A＝UC±UF是能成立的，这里UC代表了电容器上的电压和UF代表二极管的导通级的电压。
电路特别适用于把低交流电压转变成为矩形波电压，这里在第一运算放大器的输入点上出现的具有已知最大幅值的交流电压是由更高的直流补偿电压所重叠着，而该补偿电压是未知值。例如，该构象出现在当包含有磁极转子的直流马达中，换向时间可用磁场依赖的敏感器来测定的，这样的敏感器是诸如由Sony工厂所提供的磁阻元件。正如采用直流马达一样，例如在磁带录音机中采用卷筒马达（Capstan    motors）。
其后，本发明将利用例图进一步加以说明。
图1示出了产生在磁场依赖的敏感器中的具有直流补偿的正弦交流电压转变成为矩形波电压的电路图。
图2示出了根据图1的电路在不同位置上的曲线的走向。
图3示出了根据图1所设计的电路中的瞬时起动和衰变效应。（decay    effect）
图1以图示意示出了产生在磁场依赖的敏感器中的具有直流补偿的正弦交流电压转变成为矩形波电压的电路图。在磁场灵敏的敏感器S1和S2中，S1和S2是与（之间）+UB和参考电位（接地）相串联连结的，利用带有磁极对N，S的转子R在其旋转时产生了正弦交流电压，它是依赖于两敏感器的交点（连结点）E上的直流补偿电压。补偿值的增大是由敏感器的直流电压电阻和供给它们的电压+UB引起的。在E点所呈现出的补偿作用的交流电压，在一方面是提供给运算放大器OP1在其非反向输入时作为放大器工作，以及在另一方面是提供给运算放大器OP2在其反向输入时作为比较器工作。在OP1里的交流电压放大是由反向反馈（反向耦合）电路作为分压器来调节的，该分压器是由在输出A和反向转入间的高阻值的电阻器R1以及与另一端连接到地的电容C1相串联的电阻器R2构成的，该电容器是连接到反向输入端。
通过该反向反馈电路（如上所知）在输入点A所呈现的直流电压部分也反馈到OP1的反向输入处。在用有工作电压的电容器C1时是根据由电路设计给出的时间常数（R1、R2、C1）来充电，因而只有在时间常数所予定的时间间隔以后达到一状态，在该状态中A输出点所建立起的直流电压其大小与在输入E点呈现的直流补偿电压相一致，亦即在敏感器S1、S2里所产生的交流电压振荡有好几次直到获得一种状态在此时该状态中直流放大系数达到V＝1。为了相当地加速这个不理想的起动过程，结点的连结是从C1到R2经过两个反並联连结二极管D1、D2到输出端A。由此，电容器C1在交流电压的第一次最大值出现时通过导通二极管的内部电阻立即充电到直流补偿电压值，这样，在开关合上以后，立即馈送到比较器OP2，在其非反向输入点经过旁通（非耦合）电阻器R4的交流电压显示一直流补偿，该值是与在反向输入点所提供的直流补偿大小上是一致的。
在图1中绘示出了与反-並联连结二极管D1D2相串联的电阻器R3。该电阻器的值是如此之低，它对于C1的充电过程的时间常数相对来说不受影响，也可能没有该电阻器达到。在OP2的输出点和其非反向输入点之间的R5是作为线性化器之用;它对电路的运转是没有关联的。
立即在开关合上以后比较器OP2的输出D上产生来自输入交流电压转变成的矩形波，由于在电路中的不规则，它所受的影响小但直流补偿是不变的。通过对电容器C1使用固定之值，该矩形波电压的最后状态可存储某一时间，这样在暂停运转时马达的换向是由矩形波电压所控制，例如对于卷筒马达，可连续在正确的换向态工作。通过利用磁阻元件有可能静态地决定磁极对九对于换向线圈的定位，即使是在马达停顿时也可以。
图2示出了根据图1的电路在不同部位的曲线的走向。图2a中能看出所有曲线是受直流补偿电压影响的。E曲线示出了E点输入交流电压，A曲线是第一运算放大器在A点的输出交流电压以及B曲线示出了在二极管D1、D2与R3的结点上的电压趋势。图2b以曲线D示出比较OP2的输出信号，其值小但很稳定的直流补偿能通过电路的不精确对称设计出现并在进一步估计信号时能被忽略不计。
图3示出了根据图1所设计的电路中的瞬时起动和衰变效应。在开关合上后曲线C的电压，就是在电容器C1上的电压，当达到输出电压A的第一最大值时，该电压调整到具有正值的直流补偿值，或如图左侧所示，在时间T1中具有负幅值，亦即，从电压A达到第一最大值开始，该电压保留常数，在开关断开过程，在时间T2中，电压C自身调整到一值，该值是由输入交流电压E的最后的幅值所引起的结果，从而，通过电容器C1的充电，该值，也就是磁极的位置在传感器中的其地址存储一个相当长的时间周期，以用于以后的控制过程。
在例举的电路中以下被利用的部件是：
S1，S2＝磁阻元件DM-106B，SONY
R1＝470K，R2＝33K，R3＝0.1K，R4＝22K，R5＝270K
C1＝47μF，D1，D2＝1N4148。

Claims (4)

1、用于将具有直流补偿的直流电压重叠的正弦交流电压转换成为矩形波电压的电路，具有两个运算放大器，其特征如下：
a)直流补偿影响的正弦交流电压(E)馈送到第一运算放大器(OP1)中，该放大器是以放大器的形式由非反向输入实现的，以及馈送到第二运算放大器(OP2)中，该放大器是以比较器的形式直接由反向输入实现的，
b)第一运算放大器(OP1)的放大系数是由反向反馈(反向耦合)(counter couple)网络来调整的，该网络包括在输出(A)和反向输入间的第一电阻器(R1)，连接到反向输入端的串联连结和具有连接到参考电位(接地)的电容的第二电阻器(R2)以及由两个反並联连结二极管(D1D2)所组成的，连接到有电容器(C1)第二个电阻器(R2)的结点(连接点)(C)而其连接到输出端(A)，
c)第一运算放大器(OP1)的输出端(A)是与第二个运算放大器(OP2)的非反向输入直流连接起来的。
2、根据权利要求1的电路，其特征在于：第一运算放大器（OP1）中的交流电压放大系数是由电压分压电阻器（R1，R2）的选择来调整的，以如此方法，在其输出端（A）的交流电压幅值约是二极管（D1，D2）的导通级电压的相同量值或小于其总和。
3、根据权利要求1的电路，其特征在于，交流电压是由在敏感器（S1，S2）所检测出的静态磁场中的磁极的旋转对而产生的，这里所产生的交流电压有一个不变的最大幅值，其幅值在量级上是小于直流补偿电压。
4、根据权利要求3的电路，其特征在于;在第二个运算放大器OP2的输出端，产生出矩形波电压保留下其最后状态，即便是当磁极停止其运动时，其延续性是由电容器C1和连结的电阻器的时间常数所形成的。
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