CN112445260A - 一种零点漂移自动调节系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种零点漂移自动调节系统和方法,用于功率放大电路的零点漂移调节。该自动调节系统包括:主控CPU,功率放大器,A/D转换器,数字电位器。该自动调节方法包括:当输入信号为零,该输入信号经功率放大器放大输出后,被输入A/D转换器;功率放大输出信号经过A/D转换器的数字化采集后输入主控CPU;主控CPU对功率放大输出信号进行判断后,根据该输出信号值,对与主控CPU连接的数字电位器的输出值进行设置;数字电位器的输出连接功率放大器的反馈端,通过主控CPU调整所述数字电位器的输出值改变所述功率放大器的放大输出,直至功率放大器的输出值为零,实现对功率放大器的零点漂移的自动调节过程。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域,尤其涉及一种零点漂移自动调节系统和方法。
背景技术
在电子控制技术领域中,进行功率放大器设计时,常常会将很多集成运算放大器组合应用,把低电压、小电流信号调制为高电压、强电流信号,实现器件驱动、功率放大的功用,从而完成对应的控制目的。而由这些运算放大器构成的功率放大器在工作一段较长的时间后,受失调电压和失调电流的影响,控制精度和控制准确度可能会出现一定程度的偏差,其对应的终端输出信号可能会导致功率放大器的后级电路出现控制异常、AD采样异常等现象,故在功率放大器中,应设置有相关辅助功能电路,以便在必要时由操作人员执行,或者由设备内部自动运行某种辅助控制功能,对功率放大器的状态进行干预,改变或调整当前的功率放大器的输出,从而达到修正集成运放电路重要技术指标的目的。
高等教育出版社公布的技术文献《模拟电子技术基础》中,对集成运算放大器使用的几个问题之一的“调零”的描述提及:失调电压是集成运放的一个很重要的技术指标。为了提高控制精度,人们往往要求集成运放在输入信号为零时,输出亦为零,即零点输出。一般通过调整输入级集电极外接电阻,使输入级两个管子的集电极电位发生变化,从而达到输入信号为零时,输出电压也为零的目的。
以上方法虽然经过电路实际应用证明了一定的可行性,但存在以下问题:现今科学技术高度发展,电子集成设备的功能越来越复杂和多样化,其技术和结构复杂性日益增加,传统的人工检测、维护手段已经无法满足现代化自动控制系统的支持、保障要求。在电子集成设备内部,各种功能器件分区布版,分层叠加,交错组合为一体。在实际应用的过程中,如果依据设备对外接口的输出判定内部某功能电路出现了失调电压或失调电流,不能立即进行调整解决,必须先对设备进行拆装、分解,找到对应功能的电路板,然后在其上定位具体的分支电路,再对该电路进行输入级外接电阻调整参数,以求改变电路的最终输出,削减失调带来的影响。这种操作不仅会随时终止设备工作,而且调整零漂必须对设备进行开箱拆装、分解电路板。当设备安装在固定载体上运行工作时,或者是安装在有限空间运行工作时,拆装、调整电阻,改善零漂就变得极为困难。对于交付使用的电子集成设备,如果为了调整零漂,终止现有设备运行,也会对外围大系统的工作带来影响。因此,需深入研究适应电子技术发展的零点漂移自动调节系统。
发明内容
针对上述现有技术中的不足,本发明提供一种零点漂移自动调节系统和方法,既能够准确、可靠的完成功率放大器的零点漂移自动调节,又能够有效扩展零漂自动调参控制的应用范围。
为了实现上述目的,本发明提供一种零点漂移自动调节系统,用于功率放大电路的零点漂移调节,该自动调节系统包括,
主控CPU,用于对功率放大器工作状态的主控控制;
功率放大器,用于对输入信号进行功率放大;
A/D转换器,该A/D转换器的输入端电连接所述功率放大器的输出端,该A/D转换器的输出端接入所述主控CPU;
数字电位器,该数字电位器的输入电连接所述主控CPU的输出端,该数字电位器的输出接入所述功率放大器的反馈端,用于校正所述功率放大器的零点漂移。
较佳地,所述数字电位器的型号为AD5293,所述功率放大器的型号为OP07,所述功率放大器还包括,
一第二限流电阻R2,所述第二限流电阻R2的第一端连接所述数字电位器的4号引脚;
一第三限流电阻R3,所述第三限流电阻R3的第一端连接所述第二限流电阻R2的第二端后连接于所述功率放大器的2号引脚;
一功率放大器,所述功率放大器的2号引脚连接所述第二限流电阻R2的第二端,所述功率放大器的6号引脚连接所述第三限流电阻R3的第二端和一输出信号输出端;
一第二电容C2,所述第二电容C2并联于所述第三限流电阻R3的两端;
一第五限流电阻R5,所述第五限流电阻R5的第一端连接所述功率放大器输入信号端,所述第五限流电阻R5的第二端连接所述功率放大器的2号引脚;
一第六限流电阻R6,所述第六限流电阻R6的第一端连接一参考地端,所述第六限流电阻R6的第二端连接所述功率放大器的3号引脚;
一第一电容C1,所述第一电容C1连接于所述数字电位器的7号引脚与一接地端之间;
一第一限流电阻R1,所述第一限流电阻R1的第一端连接一第一电压信号端,所述第一限流电阻R1的第二端连接所述数字电位器的3号引脚;
一第四限流电阻R4,所述第四限流电阻R4的第一端连接所述数字电位器的5号引脚,所述第四限流电阻R4的第二端连接一第二电压信号端。
较佳地,所述主控CPU的六个控制信号输出端,分别连接所述数字电位器的1号引脚、11号引脚、12号引脚、10号引脚、13号引脚和14号引脚。
较佳地,所述数字电位器的6号引脚连接一第三电压信号端;所述数字电位器的8号引脚连接所述第一电压信号端;所述数字电位器的2号引脚连接一第四电压信号端;所述数字电位器的9号引脚接地。
进一步地,所述功率放大器的7号引脚连接所述第三电压信号端;所述功率放大器的4号引脚连接所述第四电压信号端。
进一步地,所述主控CPU和所述数字电位器可依顺序产生零点漂移控制信号对与所述功率放大器级联的后级电路进行零点漂移自动调节。
一种零点漂移自动调节方法,当输入信号为零,该输入信号经功率放大器放大输出后,被输入A/D转换器;
功率放大输出信号经过A/D转换器的数字化采集后输入主控CPU;
所述主控CPU对功率放大输出信号进行判断后,根据该输出信号值,对与所述主控CPU连接的数字电位器的输出值进行设置;
所述数字电位器的输出连接所述功率放大器的反馈端,通过所述主控CPU调整所述数字电位器的输出值改变所述功率放大器的放大输出,直至功率放大器的输出值为零,实现对功率放大器的零点漂移的自动调节过程。
本发明由于采用了以上技术方案,使其具有以下有益效果:
(1)模数结合的零漂自动调节电路,受功率放大器的主控CPU控制,可依据设定门限不定期对系统运行产生的零点漂移进行自动修正,直至满足要求。电路应用灵活方便,有效避免了应用机械电位计进行零漂修正时带来的诸如需中断设备工作、设备开箱分解、二次状态恢复等,打破了工作界限的约束,不管应用于有限空间还是不易拆装的环境,均可通过上级系统控制功率放大器的主控CPU,依据设定门限实施输出信号的零点自动调节,有效提高了操作人员对系统状态的控制能力。
(2)在设计思想上,将PID闭环控制的理念与功率变换电路进行结合,实现“采样~调节”的闭环控制,全程依据功率放大器的主控CPU的软件设定不断自行调节,直至满足设定值要求,不需要人工干预,大大提高了工作效率。
(3)在电路设计上,选用高精度的数字电位器作为自动调节零漂的执行器件,通过不断调节自身的输出,改变后级的修正电压的输入值(即电压VIN1′),以达到修正零漂的目的。整个调节过程全部数字化控制,且可实现阻性负载的多量程输出。数字电位器为一种新型总线器件,可实现与机械电位计相同的电子调整功能,不会对后级的比例变换电路带来任何影响,避免了采用其余测量器件后,由于与被控电路交联而带来各种测量误差,进而导致零点漂移修正异常现象的发生。
(4)以高可靠的功率放大器件为基础,构建零点漂移自动调节电路,仅经过一级射随电路,即可完成用于修正零漂的电压的比例变换、隔离,大大节省了研制资源。
附图说明
图1为本发明实施例的一种零点漂移自动调节系统和方法的电路原理示意图;
图2为本发明实施例的一种零点漂移自动调节系统和方法的系统组成示意图。
具体实施方式
下面根据附图,给出本发明的较佳实施例,并予以详细描述,使能更好地理解本发明的功能、特点。
实施例1:如图1所示,为本发明实施例的一种零点漂移自动调节系统和方法的电路原理示意图,包括:
一数字电位器U1 400,数字电位器U1 400的型号为AD5293,数字电位器U1 400亦称数控可编程电阻器,由数字输入控制,产生模拟量的输出。本发明中所采用的数字电位器U1 400是具有SPI兼容型串行接口的单通道数字电位器U1 400。对于数字电位器U1 400来说,其具有多组标称电阻,此处只需按需求在常规阻值的范围内选取即可;
一第一电容C1,第一电容C1连接于数字电位器U1 400的7号引脚与一接地端GND之间;
一第一限流电阻R1,第一限流电阻R1的第一端连接一第一电压信号端,第一电压信号端电压为+5V;第一限流电阻R1的第二端连接数字电位器U1 400的3号引脚;
一第二限流电阻R2,第二限流电阻R2的第一端连接数字电位器U1 400的4号引脚,所述4号引脚的输出即为端点C;
一第三限流电阻R3,第三限流电阻R3的第一端连接第二限流电阻R2的第二端后连接于所述功率放大器U2 100的2号引脚;
一功率放大器U2 100,功率放大器U2 100的2号引脚连接第二限流电阻R2的第二端,功率放大器U2 100的6号引脚连接第三限流电阻R3的第二端和一输出信号输出端VOUT;功率放大器U2 100的型号为OP07;
一第二电容C2,第二电容C2并联于第三限流电阻R3的两端;
一第四限流电阻R4,第四限流电阻R4的第一端连接数字电位器U1 400的5号引脚,第四限流电阻R4的第二端连接一第二电压信号端,第二电压信号端的电压为-5V;
一第五限流电阻R5,第五限流电阻R5的第一端连接一功率放大器U2 100输入信号端VIN1,第五限流电阻R5的第二端连接功率放大器U2 100的2号引脚;
一第六限流电阻R6,第六限流电阻R6的第一端连接一参考地端AGND,第六限流电阻R6的第二端连接功率放大器U2 100的3号引脚;
数字电位器U1 400还包括六个控制信号输入端CTR1、CTR2、CTR3、CTR4、CTR5、CTR6,分别连接数字电位器U1 400的1号引脚、11号引脚、12号引脚、10号引脚、13号引脚和14号引脚;
数字电位器U1 400的6号引脚连接一第三电压信号端,第三电压信号端的电压为+15V;数字电位器U1 400的8号引脚连接第一电压信号端;数字电位器U1 400的2号引脚连接一第四电压信号端,第四电压信号端的电压为-15V;数字电位器U1 400的9号引脚接地;
功率放大器U2 100的7号引脚连接第三电压信号端;功率放大器U2 100的4号引脚连接第四电压信号端。
其中,第一限流电阻R1选择北京718厂的35K/0.5W金属膜电阻,第二限流电阻R2选择北京718厂的20K/0.25W金属膜电阻,第三限流电阻R3选择北京718厂的10K/0.25W金属膜电阻,第四限流电阻R4选择北京718厂的35K/0.5W金属膜电阻,第五限流电阻R5选择北京718厂的10K/0.5W金属膜电阻,第六限流电阻R6选择北京718厂的5K/0.25W金属膜电阻。第一电容C1选择福建火炬电子的2200pF独石电容,第二电容C2选择福建火炬电子的1uF独石电容。
如图1和图2所示,主控CPU 300输出的CTR1信号与数字电位器U1 400的1号引脚连接,主控CPU 300输出的CTR2信号与数字电位器U1 400的11号引脚连接,主控CPU 300输出的CTR3信号与数字电位器U1 400的12号引脚连接,主控CPU 300输出的CTR4信号与数字电位器U1 400的10号引脚连接,主控CPU 300输出的CTR5信号与数字电位器U1 400的13号引脚连接,主控CPU 300输出的CTR6信号与数字电位器U1 400的14号引脚连接。
CTR1、CTR2、CTR3、CTR4、CTR5和CTR6为功率放大设备内部的主控CPU运行功率放大逻辑后,依次顺序产生的控制信号,参考地为GND信号。这个控制逻辑是各信号依据电路原理及工作过程组合形成,依照一定顺序依次发生,不在本发明介绍范围。
工作过程:当功率放大器U2 100的输入信号端VIN1的信号为零时,正常情况下,功率放大器U2 100的主控CPU 300采集到的功率放大器U2 100的输出信号输出端VOUT的信号也应该为零。但功率放大器U2 100在工作一段较长的时间后,受失调电压和失调电流的影响,有可能出现零点异常的现象,即当功率放大器U2 100的输入信号端VIN1的信号为零时,功率放大器U2 100的主控CPU 300监测到的功率放大器U2 100的输出信号输出端VOUT的信号并不为零,且该输出信号可能为正电压输出信号,也可能为负电压输出信号。
当功率放大器U2 100的主控CPU 300监测到功率放大器U2 100的输入信号端VIN1的信号为零,而输出信号输出端VOUT的信号并不为零时,即为电路有零点漂移。此时,A/D转换器200采集功率放大器U2 100的放大输出信号并将其转换为数字信号传输至主控CPU300中,此时,+5V电压信号经过第一限流电阻R1和数字电位器U1 400的一部分电阻(RA端和RW端之间的电阻)在数字电位器U1 400的引脚4即端点C产生一个输出电压值VIN1-1′,-5V电压信号经过第四限流电阻R4和数字电位器U1 400的另一部分电阻(RB端和RW端之间的电阻)在在数字电位器U1 400的引脚4即端点C产生一个输出电压值VIN1-2′,两个输出电压值VIN1-1′和VIN1-2′的和为VIN1′,通过第二限流电阻R2和第三限流电阻R3的比例放大作用,在功率放大器U2 100的输出端产生输出电压VOUT′,该电压信号与功率放大器U2 100的输出信号输出端VOUT的信号进行叠加,产生新的功率放大器U2 100的输出信号。
存储于主控CPU 300中的零漂自动修正控制逻辑,依次顺序产生控制信号,控制与功率放大器U2 100级联的后级电路进行零漂自动修正。首先,主控CPU 300输出控制信号CTR3,该信号为低电平使能信号,片选选中数字电位器U1 400,使其处于正常工作的状态,结合实时采集到的输出信号输出端VOUT的信号幅值和相位,由CTR4信号向数字电位器U1400发送位置变更指令,由CTR2信号向数字电位器U1 400发送时钟控制信号,数字电位器U1400接收到控制指令后,进行位置变更。变更结束后,数字电位器U1 400将当前位置信息通过CTR5信号发送给主控CPU 300。
当主控CPU 300监测到功率放大器U2 100及与功率放大器级联的后级电路的输入信号端VIN1的信号为零,输出信号输出端VOUT的信号也为零时,不再需要执行零漂自动修正控制逻辑,主控CPU 300输出控制信号CTR3,该信号为高电平使能信号,使数字电位器U1400处于不工作的状态,停止位置变更,该电路将功率放大器U2 100的零点漂移自动修正为零。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种零点漂移自动调节系统,用于功率放大电路的零点漂移调节,其特征在于,该自动调节系统包括,
主控CPU,用于对功率放大器工作状态的主控控制;
功率放大器,用于对输入信号进行功率放大;
A/D转换器,该A/D转换器的输入端电连接所述功率放大器的输出端,该A/D转换器的输出端接入所述主控CPU;
数字电位器,该数字电位器的输入电连接所述主控CPU的输出端,该数字电位器的输出接入所述功率放大器的反馈端,用于校正所述功率放大器的零点漂移。
2.根据权利要求1所述的一种零点漂移自动调节系统,其特征在于,所述数字电位器的型号为AD5293,所述功率放大器的型号为OP07,所述功率放大器还包括,
一第二限流电阻R2,所述第二限流电阻R2的第一端连接所述数字电位器的4号引脚;
一第三限流电阻R3,所述第三限流电阻R3的第一端连接所述第二限流电阻R2的第二端后连接于所述功率放大器的2号引脚;
一功率放大器,所述功率放大器的2号引脚连接所述第二限流电阻R2的第二端,所述功率放大器的6号引脚连接所述第三限流电阻R3的第二端和一输出信号输出端;
一第二电容C2,所述第二电容C2并联于所述第三限流电阻R3的两端;
一第五限流电阻R5,所述第五限流电阻R5的第一端连接所述功率放大器输入信号端,所述第五限流电阻R5的第二端连接所述功率放大器的2号引脚;
一第六限流电阻R6,所述第六限流电阻R6的第一端连接一参考地端,所述第六限流电阻R6的第二端连接所述功率放大器的3号引脚;
一第一电容C1,所述第一电容C1连接于所述数字电位器的7号引脚与一接地端之间;
一第一限流电阻R1,所述第一限流电阻R1的第一端连接一第一电压信号端,所述第一限流电阻R1的第二端连接所述数字电位器的3号引脚;
一第四限流电阻R4,所述第四限流电阻R4的第一端连接所述数字电位器的5号引脚,所述第四限流电阻R4的第二端连接一第二电压信号端。
3.根据权利要求2所述的一种零点漂移自动调节系统,其特征在于,所述主控CPU的六个控制信号输出端,分别连接所述数字电位器的1号引脚、11号引脚、12号引脚、10号引脚、13号引脚和14号引脚。
4.根据权利要求2所述的一种零点漂移自动调节系统,其特征在于,所述数字电位器的6号引脚连接一第三电压信号端;所述数字电位器的8号引脚连接所述第一电压信号端;所述数字电位器的2号引脚连接一第四电压信号端;所述数字电位器的9号引脚接地。
5.根据权利要求3所述的一种零点漂移自动调节系统,其特征在于,所述功率放大器的7号引脚连接所述第三电压信号端;所述功率放大器的4号引脚连接所述第四电压信号端。
6.根据权利要求1所述的一种零点漂移自动调节系统,其特征在于,所述主控CPU和所述数字电位器可依顺序产生零点漂移控制信号对与所述功率放大器级联的后级电路进行零点漂移自动调节。
7.一种零点漂移自动调节方法,其特征在于,
当输入信号为零,该输入信号经功率放大器放大输出后,被输入A/D转换器;
功率放大输出信号经过A/D转换器的数字化采集后输入主控CPU;
所述主控CPU对功率放大输出信号进行判断后,根据该输出信号值,对与所述主控CPU连接的数字电位器的输出值进行设置;
所述数字电位器的输出连接所述功率放大器的反馈端,通过所述主控CPU调整所述数字电位器的输出值改变所述功率放大器的放大输出,直至功率放大器的输出值为零,实现对功率放大器的零点漂移的自动调节过程。
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CN112445260B (zh) | 2022-09-30 |
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