CN111262528A - 一种简易而稳定的正弦波信号发生电路 - Google Patents

一种简易而稳定的正弦波信号发生电路 Download PDF

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    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
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Abstract

一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，涉及电子技术领域。包括方波发生器、带通滤波器电路、交流幅度反馈电路，方波发生器与带通滤波器电路电连接，交流幅度反馈电路分别与方波发生器、带通滤波器电路电连接；所述方波发生器用于产生一个固定频率的方波信号，带通滤波器电路用于将方波发生器产生的方波信号转化成正弦波、并输送至交流幅度反馈电路，所述交流幅度反馈电路用于根据输入的正弦波信号形成的负反馈来控制方波发生器输出信号的幅值大小。本发明在增加“交流幅度反馈电路”后，磁式酸浓分析仪仅能测量电阻100‑10000欧。

Description

一种简易而稳定的正弦波信号发生电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体为一种简易而稳定的正弦波信号发生电路。
背景技术
在电磁式酸浓分析仪中，正弦信号发生器的信号幅度和频率的稳定度决定分析仪的测量的稳定性，一般的正弦信号发生器电路不足以满足电磁式酸浓分析仪在测量电阻在100欧以上的情况，为此需要高度稳定的正弦信号发生器以满足测量100-10000欧及以上的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，可以满足电磁式酸浓分析仪测量电阻100-10000欧以上的需要。
实现上述目的的技术方案是：一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：包括方波发生器、带通滤波器电路、交流幅度反馈电路，方波发生器与带通滤波器电路电连接，交流幅度反馈电路分别与方波发生器、带通滤波器电路电连接；所述方波发生器用于产生一个固定频率的方波信号，带通滤波器电路用于将方波发生器产生的方波信号转化成正弦波、并输送至交流幅度反馈电路，所述交流幅度反馈电路用于根据输入的正弦波信号形成的负反馈来控制方波发生器输出信号的幅值大小。
进一步地，所述方波发生器包括NE555芯片、电阻R11、R12、R14、电容C11，NE555 芯片的1脚和8脚之间连接供电电源，NE555芯片的3脚连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，NE555芯片的2脚和6脚并接后连接电阻R11和电容C11之间的联接点，NE555芯片的5脚连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接供电电源，所述NE555芯片的7脚分别连接电阻R14的一端以及带通滤波器电路，电阻R14的另一端连接交流幅度反馈电路。
进一步地，所述带通滤波器电路包括依次连接的RC滤波电路、二阶压控电压源电路、直流隔离电路。
进一步地，所述RC滤波电路包括电容C12、电阻R13，电容C12的一端连接NE555芯片的7脚、另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地。
进一步地，所述二阶压控电压源电路包括电容C21、C22、C23、电阻R21、R22、R23、R24、运算放大器IC2，电阻R21的一端与电容C12和电阻R13之间的联接点连接、另一端串接电阻R22后连接运算放大器IC2的正输入端，电容C21的一端与电阻R21和电阻R22 之间的联接点连接、另一端连接运算放大器IC2的输出端，电容C22的一端连接运算放大器IC2的正输入端、另一端接地，电阻R24的一端连接运算放大器的输出端、另一端分别连接运算放大器IC2的负输入端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地。
进一步地，直流隔离电路包括电容C23和电阻R25，电容C23的一端连接运算放大器IC2 的输出端、另一端输出正弦波信号并连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端接地。
进一步地，所述交流幅度反馈电路包括电阻R31、R32、R33、电容C32、C31、二极管D31、D32、运算放大器IC3，所述二极管D31的正极端连接电容C23和电阻R25之间的联接点、负极端连接运算放大器IC3的负输入端，电阻R31、电容C31的一端均连接运算放大器IC3的负输入端、另一端均接地，电阻R33的一端连接供电电源、另一端连接运算放大器 IC3的正输入端，二极管D32的正极端接地、负极端连接运算放大器IC3的正输入端；所述运算放大器IC3的输出端与电阻R14连接，所述电阻R32和电容C32的一端连接运算放大器 IC3的输出端、另一端连接运算放大器IC3的负输入端。
本发明的有益效果：
1)本发明通过增加“交流幅度反馈电路”，将输出信号进行深度负反馈，可以使用输出的正弦波信号幅度的稳定性大幅提高，使电磁式酸浓分析仪能检测电阻微小变化，不会因激磁信号的不稳定干扰电阻微小变化。这样在没有“交流幅度反馈电路”前磁式酸浓分析仪仅能测量电阻10-100欧。增加“交流幅度反馈电路”后，磁式酸浓分析仪仅能测量电阻100-10000 欧。
2)本发明“带通滤波器电路”和“方波发生器电路”的结合保证了有效的正弦信号的产生.本电路简单有效，且较好满足了电磁式酸浓分析仪对信号波形的要求，同样提高了电磁式酸浓分析仪的稳定性，减少了激磁信号的不稳定干扰电阻微小变化的测量。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括方波发生器1、带通滤波器电路2、交流幅度反馈电路3，方波发生器1与带通滤波器电路2电连接，交流幅度反馈电路3分别与方波发生器1、带通滤波器电路2电连接。
方波发生器1用于产生一个固定频率的方波信号，带通滤波器电路2用于将方波发生器 1产生的方波信号转化成正弦波、并输送至交流幅度反馈电路3，流幅度反馈电路3用于根据输入的正弦波信号形成的正、负反馈来控制方波发生器1输出信号的幅值大小。
下面将对电路具体连接进行详细的描述，请参阅图2，所述方波发生器包括NE555芯片 IC1、电阻R11、R12、R14、电容C11，NE555芯片IC1的1脚和8脚之间连接12V供电电源，NE555芯片IC1的3脚连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，NE555芯片IC1的2脚和6脚并接后连接电阻R11和电容C11之间的联接点，NE555芯片IC1的5脚连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接12V供电电源，所述NE555芯片IC1的7脚分别连接电阻R14的一端以及带通滤波器电路，电阻R14 的另一端连接交流幅度反馈电路3。
方波发生器1通过NE555芯片IC1组成了一个间接反馈型电路，NE555芯片IC1通过8脚和1脚之间的电源供电，以保证正弦波信号对地的对称性，方波发生器1的供电不是由电源直接提供，是由交流幅度反馈电路3通过电阻R14提供，可以有效提高其反馈强度，稳定正弦波信号幅度，NE555芯片IC1的3脚和6脚接电阻R11，并通过电容C11接地，通过电阻R11和电容C11决定正弦波的主频率。
NE555芯片IC1的2脚与6脚接在一起、通过7脚输出，NE555芯片供电电压Vc＝12V，接通发生电路的电源前，电容C11的电压Uc＝0，接通电源后，由于电容C11的电压不能突变而为“0”，因此
Figure BDA0002399924470000031
(其中TH为NE555芯片IC1的6脚电压、
Figure BDA0002399924470000032
为NE555芯片的2脚电压)，所以NE555芯片IC1的输出为“1”，NE555芯片IC1内部的开关管截止，NE555 芯片IC1的3脚电压处于第一暂稳态。此后，电容C11充电，两端的电压上升，当Uc上升到
Figure BDA0002399924470000033
Vc时，NE555芯片IC1的输出状态翻转为“0”，NE555芯片IC1的3脚电压进入第二暂稳态。由于NE555芯片IC1的输出为“0”时，NE555芯片IC1内部的放电管导通，电容 C11将通过电阻R11和该放电管放电，电容C11两端的电压下降，当Uc下降到
Figure BDA0002399924470000034
时，由NE555芯片IC1输出状态又翻转为“1”，NE555芯片IC1的3脚电压又进入第一暂稳态，如此重复形成振荡。由于充、放电的时间相等，所以该方波发生器1输出方波，方波的振荡频率为f＝0.722/(RC)，本实施例的方波发生器1中的电阻R11＝680Ω，C11＝0.1UF，经计算得出频率f为10KHZ。
带通滤波器电路2包括依次连接的RC滤波电路、二阶压控电压源电路、直流隔离电路，所述RC滤波电路包括电容C12、电阻R13，电容C12的一端连接NE555芯片的7脚、另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地；二阶压控电压源电路包括电容C21、C22、 C23、电阻R21、R22、R23、R24、运算放大器IC2，电阻R21的一端与电容C12和电阻R13 之间的联接点连接、另一端串接电阻R22后连接运算放大器IC2的正输入端，电容C21的一端与电阻R21和电阻R22之间的联接点连接、另一端连接运算放大器IC2的输出端，电容 C22的一端连接运算放大器IC2的正输入端、另一端接地，电阻R24的一端连接运算放大器的输出端、另一端分别连接运算放大器IC2的负输入端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地；直流隔离电路用于隔离直流、输出交流，具体包括电容C23和电阻R25，电容C23 的一端连接运算放大器IC2的输出端、另一端连接电阻R25、并输出正弦波信号，电阻R25 的另一端接地。
NE555芯片IC1输出信号通过C12和R13接地，实现滤波功能，电容C21的一端接到运算放大器IC2的输出端，形成反馈，进而对带通滤波器电路2的输出电压进行控制，对于反馈信号而言，电容C21具有超前作用，电容C22具有滞后作用。因此当R21＝R22＝R， C21＝C22＝C，可使电路在带通频率f0
Figure 1
附近的反馈极性为正，又不致产生自激振荡，从而使附近的电压放大倍数得到提高。而当电路的工作频率f≤f0时，电容C21的阻抗大，反馈信号较弱，对电压放大倍数影响不大。当f≥f0时，信号被电容C22衰弱，输出电压的幅值小，反馈信号较弱，对电压放大倍数影响不大。
二阶压控电压源电路的传递函数为：
Figure BDA0002399924470000042
Figure BDA0002399924470000043
其中：Avp：静态放大倍数；Av(s)：动态放大倍数；Vo(s)：动态输出电压。Vi(s)：动态输入电压；C：电容。R：电阻。S：频率。Rf：反馈电阻。
上式(1)、(2)表明，带通滤波器电路2的通带增益应小于3，才能保障电路稳定工作。而低通滤波电路本身具有将方波转化为三角波，三角波转化为正弦波的特性，因此，当输入信号为方波时，经过一个二阶压控电压源电路的转化后输出为一个频率与输入信号一致的正弦波；而当输入信号的频率与二阶压控电压源电路的频率相同时，有着最大的通带增益。
带通滤波器电路的中心频率的计算公式为fm＝1/(2πR21C21)；内部增益的计算公式为G＝1+R24/R23；滤波器品质因子的计算公式为Q＝1/(3-G)；设定参数R23＝R24＝10.1K、 R22＝5.1K、C21＝103(0.01u)、fo＝3.1KHz，可以计算得出G＝2、Q＝1。
交流幅度反馈电路3包括电阻R31、R32、R33、电容C32、C31、二极管D31、D32、运算放大器IC3，所述二极管D31的正极端连接电容C23和电阻R25之间的联接点、负极端连接运算放大器IC3的负输入端，电阻R31、电容C31的一端连接运算放大器IC3的负输入端、另一端均接地，电阻R33的一端连接供电电源、另一端连接运算放大器IC3的正输入端，二极管D32的正极端接地、负极端连接运算放大器IC3的正输入端；所述运算放大器IC3的输出端与电阻R14连接，所述电阻R32和电容C32的一端连接运算放大器IC3的输出端、另一端连接运算放大器IC3的负输入端。
交流幅度反馈电路3的二极管D31将反馈的正弦波信号转化为正的半波信号，电容C31 和电阻R31对其滤波后将信号输入，为了仪表的稳定性，首先要控制运算放大器IC3正输入端输入电压的稳定性，采用电阻R33和3V的二极管D32组成稳定电源，当运算放大器IC3负输入端电压>3V时，则运算放大器IC3输出低电平，从而该电路形成负反馈来减少方波发生器1的输出幅值；当运算放大器IC3负输入端电压<3V时，运算放大器IC3输出高电平，从而该电路形成正反馈来增加方波发生器1的输出幅值，通过正、负反馈从而实现对方波发生器1输出幅值大小的控制，最后输出的正弦波信号为10KHZ频率，电压峰值6V左右。

Claims (7)

1.一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：包括方波发生器、带通滤波器电路、交流幅度反馈电路，方波发生器与带通滤波器电路电连接，交流幅度反馈电路分别与方波发生器、带通滤波器电路电连接；所述方波发生器用于产生一个固定频率的方波信号，带通滤波器电路用于将方波发生器产生的方波信号转化成正弦波、并输送至交流幅度反馈电路，所述交流幅度反馈电路用于根据输入的正弦波信号形成的负反馈来控制方波发生器输出信号的幅值大小。
2.根据权利要求1所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：所述方波发生器包括NE555芯片、电阻R11、R12、R14、电容C11，NE555芯片的1脚和8脚之间连接供电电源，NE555芯片的3脚连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地，NE555芯片的2脚和6脚并接后连接电阻R11和电容C11之间的联接点，NE555芯片的5脚连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接供电电源，所述NE555芯片的7脚分别连接电阻R14的一端以及带通滤波器电路，电阻R14的另一端连接交流幅度反馈电路。
3.根据权利要求2所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：所述带通滤波器电路包括依次连接的RC滤波电路、二阶压控电压源电路、直流隔离电路。
4.根据权利要求3所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：所述RC滤波电路包括电容C12、电阻R13，电容C12的一端连接NE555芯片的7脚、另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：所述二阶压控电压源电路包括电容C21、C22、C23、电阻R21、R22、R23、R24、运算放大器IC2，电阻R21的一端与电容C12和电阻R13之间的联接点连接、另一端串接电阻R22后连接运算放大器IC2的正输入端，电容C21的一端与电阻R21和电阻R22之间的联接点连接、另一端连接运算放大器IC2的输出端，电容C22的一端连接运算放大器IC2的正输入端、另一端接地，电阻R24的一端连接运算放大器的输出端、另一端分别连接运算放大器IC2的负输入端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地。
6.根据权利要求5所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：直流隔离电路包括电容C23和电阻R25，电容C23的一端连接运算放大器IC2的输出端、另一端输出正弦波信号并连接电阻R25的一端，电阻R25的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种简易而稳定的正弦波信号发生电路，其特征在于：所述交流幅度反馈电路包括电阻R31、R32、R33、电容C32、C31、二极管D31、D32、运算放大器IC3，所述二极管D31的正极端连接电容C23和电阻R25之间的联接点、负极端连接运算放大器IC3的负输入端，电阻R31、电容C31的一端均连接运算放大器IC3的负输入端、另一端均接地，电阻R33的一端连接供电电源、另一端连接运算放大器IC3的正输入端，二极管D32的正极端接地、负极端连接运算放大器IC3的正输入端；所述运算放大器IC3的输出端与电阻R14连接，所述电阻R32和电容C32的一端连接运算放大器IC3的输出端、另一端连接运算放大器IC3的负输入端。
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