CN113381733B - 一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业测控领域，特别涉及一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路，适用于需要将双极性电压信号转换为压控频率的正交脉冲信号、三角波信号、方波信号等应用场合。包括连接件CN1、乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3、A相比较器IC4、绝对值芯片IC5、选择器IC6、B相二极管D1、A相二极管D2、钳位二极管D3、选择开关K1、电位器RP1等。本发明电路方案由以乘法器芯片、绝对值芯片、数据选择芯片、运放及比较器等常规模数器件为主组成，能简单地将双极性电压信号转换成压控频率的正交脉冲信号、三角波信号、方波信号等。

Description

一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路
技术领域
本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路，适用于需要将双极性电压检测与控制信号转换为压控频率的正交脉冲信号、三角波、方波信号等应用场合。
背景技术
在现代电机控制系统及其试验测试等其他控制与实验装置中，经常需要将电压控制信号转换成正交脉冲信号、三角波信号、方波信号等。目前常用的主要方案是基于高性能单片机(MCU、DSP等)，由于上述脉冲等信号的频率应用范围宽广，对单片机的快速处理能力及外围电路等要求都很高，不仅成本高，且开发周期长。因此，设计一种免编程的基于简单模数器件构成的双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路，将具有重要的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路，本发明电路方案由以乘法器芯片、绝对值芯片、数据选择器、运放及比较器等常规模数器件为主组成，能简单地将双极性电压信号转换成压控频率的正交脉冲信号或三角波信号、方波信号等。本发明电路简单、可靠性高、稳定性好、成本低、易于产品化。
一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路，包括连接件CN1、乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3、A相比较器IC4、绝对值芯片IC5、选择器IC6、B相二极管D1、A相二极管D2、钳位二极管D3、选择开关K1、电位器RP1、积分电阻R1、正端电阻R2、滞环电阻R3、B相限幅电阻R4、上拉电阻R5、A相限幅电阻R6、集电极电阻R7、钳位电阻R8、积分电容C1、正电源电容C2和负电源电容C3，连接件CN1的压控指令信号端Uc端与绝对值芯片IC5的正输入端IN+端、负输入端IN-端、正选择端SL+连接，连接件CN1的A相压控方波信号端OUTa端与选择器IC6的第1输出端Xout端连接，连接件CN1的B相压控方波信号端OUTb端与选择器IC6的第2输出端Yout端连接，连接件CN1的A相方波信号端Ua端与选择器IC6的第1常开端X1端、第2常闭端Y0端、A相限幅电阻R6的一端、A相二极管D2的阴极连接，A相二极管D2的阳极接地，连接件CN1的B相方波信号端Ub端与选择器IC6的第1常闭端X0端、第2常开端Y1端、B相限幅电阻R4的一端、B相二极管D1的阴极连接，B相二极管D1的阳极接地，连接件CN1的三角波信号端UΔ端与正端电阻R2的一端、积分电容C1的一端、积分运放IC2的OUT端、A相比较器IC4的负输入端IN-端连接，连接件CN1的正电源端+VCC端与电路正电源端+VCC端、正电源电容C2的一端连接，连接件CN1的负电源端-VSS端与电路正电源端-VSS端、负电源电容C3的一端连接，连接件CN1的地端GND端与正电源电容C2的另一端、负电源电容C3的另一端均接地，选择器IC6的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，选择器IC6的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，选择器IC6的选择端A端与钳位二极管D3的阴极、钳位电阻R8的一端连接，钳位二极管D3的阳极接地，钳位电阻R8的另一端与集电极电阻R7的一端、绝对值芯片IC5的选择逻辑端H/L端连接，集电极电阻R7的另一端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，绝对值芯片IC5的输出端OUT端与乘法器IC1的输入2正端Y1端连接，乘法器IC1的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，乘法器IC1的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，乘法器IC1的输入1负端X2端、输入2负端Y2端、偏置端Z端均接地，乘法器IC1的输入1正端X1端与选择开关K1的常开端NO端、B相限幅电阻R4的另一端、滞环电阻R3的一端、B相比较器IC3的输出端OUT端连接，乘法器IC1的输出端OUT端与选择开关K1的常闭端NC端连接，选择开关K1的公共端O端与电位器RP1的左端及其中心端连接，电位器RP1的右端与积分电阻R1的一端连接，积分电阻R1的另一端与积分电容C1的另一端、积分运放IC2的负输入端IN-端连接，积分运放IC2的正输入端IN+端接地，积分运放IC2的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，积分运放IC2的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，正端电阻R2的另一端与滞环电阻R3的另一端、B相比较器IC3的正输入端IN+端连接，B相比较器IC3的负输入端IN-端接地，B相比较器IC3的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，B相比较器IC3的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，A相限幅电阻R6的另一端与上拉电阻R5的一端、A相比较器IC4的输出端OUT端连接，上拉电阻R5的另一端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的正输入端IN+端接地，A相比较器IC4的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接。
电路参数配合关系如下：
uc、ucmax：压控指令信号及其最大值，uc∈[-ucmax,+ucmax]，uc≠0；u△：正负对称的三角波信号；ua、ub：为A相和B相的双极性正交方波信号；ua0、ub0：为A相和B相的单极性正交方波信号；uouta、uoutb：相互间超前/滞后相位受uc极性控制的正交方波信号；f△、f△max：由uc幅值进行调频控制的三角波与方波的频率及其最大值；
Figure BDA0003141615690000031
R3/R2＝k＞1，(R1+RP1)C1＝kucmax/(4f△max) (2)。
本发明的有益效果如下：
本发明电路方案，本发明电路方案由以乘法器芯片、绝对值芯片、选择器、运放及比较器等常规器件为主组成，能简单地将双极性电压信号转换成压控频率的正交脉冲信号、三角波信号、方波信号等，无需高性能CPU，无需编程。本发明电路简单、可靠性高、稳定性好、成本低、易于产品化，应用范围广泛。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路。
一种双极性压控正交脉冲等多功能信号发生电路包括连接件CN1、乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3、A相比较器IC4、绝对值芯片IC5、选择器IC6、B相二极管D1、A相二极管D2、钳位二极管D3、选择开关K1、电位器RP1、积分电阻R1、正端电阻R2、滞环电阻R3、B相限幅电阻R4、上拉电阻R5、A相限幅电阻R6、集电极电阻R7、钳位电阻R8、积分电容C1、正电源电容C2、负电源电容C3，连接件CN1的压控指令信号端Uc端与绝对值芯片IC5的正输入端IN+端、负输入端IN-端、正选择端SL+连接，连接件CN1的A相压控方波信号端OUTa端与选择器IC6的第1输出端Xout端连接，连接件CN1的B相压控方波信号端OUTb端与选择器IC6的第2输出端Yout端连接，连接件CN1的A相方波信号端Ua端与选择器IC6的第1常开端X1端、第2常闭端Y0端、A相限幅电阻R6的一端、A相二极管D2的阴极连接，A相二极管D2的阳极接地，连接件CN1的B相方波信号端Ub端与选择器IC6的第1常闭端X0端、第2常开端Y1端、B相限幅电阻R4的一端、B相二极管D1的阴极连接，B相二极管D1的阳极接地，连接件CN1的三角波信号端UΔ端与正端电阻R2的一端、积分电容C1的一端、积分运放IC2的OUT端、A相比较器IC4的负输入端IN-端连接，连接件CN1的正电源端+VCC端与电路正电源端+VCC端、正电源电容C2的一端连接，连接件CN1的负电源端-VSS端与电路正电源端-VSS端、负电源电容C3的一端连接，连接件CN1的地端GND端与正电源电容C2的另一端、负电源电容C3的另一端均接地，选择器IC6的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，选择器IC6的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，选择器IC6的选择端A端与钳位二极管D3的阴极、钳位电阻R8的一端连接，钳位二极管D3的阳极接地，钳位电阻R8的另一端与集电极电阻R7的一端、绝对值芯片IC5的选择逻辑端H/L端连接，集电极电阻R7的另一端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，绝对值芯片IC5的输出端OUT端与乘法器IC1的输入2正端Y1端连接，乘法器IC1的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，乘法器IC1的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，乘法器IC1的输入1负端X2端、输入2负端Y2端、偏置端Z端均接地，乘法器IC1的输入1正端X1端与选择开关K1的常开端NO端、B相限幅电阻R4的另一端、滞环电阻R3的一端、B相比较器IC3的输出端OUT端连接，乘法器IC1的输出端OUT端与选择开关K1的常闭端NC端连接，选择开关K1的公共端O端与电位器RP1的左端及其中心端连接，电位器RP1的右端与积分电阻R1的一端连接，积分电阻R1的另一端与积分电容C1的另一端、积分运放IC2的负输入端IN-端连接，积分运放IC2的正输入端IN+端接地，积分运放IC2的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，积分运放IC2的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，正端电阻R2的另一端与滞环电阻R3的另一端、B相比较器IC3的正输入端IN+端连接，B相比较器IC3的负输入端IN-端接地，B相比较器IC3的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，B相比较器IC3的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，A相限幅电阻R6的另一端与上拉电阻R5的一端、A相比较器IC4的输出端OUT端连接，上拉电阻R5的另一端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的正输入端IN+端接地，A相比较器IC4的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接。
本发明所使用的包括乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3、A相比较器IC4、绝对值芯片IC5、选择器IC6、B相二极管D1、A相二极管D2、钳位二极管D3等在内的所有器件均采用现有的成熟器件产品，可通过市场取得。例如：乘法器采用AD633，运放采用TLC2262，比较器采用LM293，绝对值芯片采用AD620，选择器采用CD4052，二极管采用IN4148等。
本发明中的主要电路参数配合关系如下：
设：uc、ucmax：压控指令信号及其最大值(单位：V)，uc∈[-ucmax,+ucmax]，uc≠0；u△：正负对称的三角波信号(单位：V)；ua、ub：为A相和B相的双极性正交方波信号(单位：V)；ua0、ub0：为A相和B相的单极性正交方波信号(单位：V)；uouta、uoutb：相互间超前/滞后相位受uc极性控制的正交方波信号(单位：V)；f△、f△max：由uc幅值进行调频控制的三角波与方波的频率及其最大值(单位：Hz)。
Figure BDA0003141615690000051
R3/R2＝k＞1，(R1+RP1)C1＝kucmax/(4f△max) (2)
本发明工作过程如下：
如图1所示。
(1)来自上级控制器的双极性压控电压指令uc(单位：V)经连接件CN1的压控指令信号端Uc端输入，经绝对值芯片IC5的输出端OUT端输出信号为|uc|。
(2)当选择开关K1拨向常闭端NC端，则以乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3为主构成在|uc|控制下的压控频率的三角波、方波发生电路，其频率及参数配合关系如式(1)--(2)所示，信号频率f△与|uc|成正比。图1中，积分运放IC2输出端OUT端输出电压u△为正负对称的三角波信号(单位：V)，并经连接件CN1的三角波信号端UΔ端输出。B相比较器IC3的输出端OUT端输出电压ub为双极性方波信号(单位：V)，经B相限幅电阻R4、B相二极管D1的单向钳位作用，B相二极管D1阴极电压ub0为单极性方波信号(单位：V)，并经连接件CN1的B相源方波信号端Ub端输出。
(3)在上述第(2)点基础上，积分运放IC2的输出端OUT端输出电压u△经A比较器IC4后由A相比较器IC4的输出端OUT端输出电压ua为双极性方波信号(单位：V)，经A相限幅电阻R6、A二极管D2的单向钳位作用，A相二极管D2阴极电压ua0为单极性方波信号(单位：V)，并经连接件CN1的A相源方波信号端Ua端输出。ua0、ub0为相位固定的单极性正交脉冲信号，频率均如式(1)所示。
(4)绝对值芯片IC5的逻辑选择端H/L端的输出电平取决于来自上级控制器的双极性压控电压指令uc的极性，当uc＞0时，H/L端输出低电平；当uc＜0时，H/L端输出低高电平。
(5)在上述第(2)、(3)、(4)点基础上，A相、B相的单极性正交方波信号ua0、ub0在选择器IC6及其选择端A端的逻辑信号作用下，分别由选择器IC6第1输出端Xout端、第2输出端Yout端输出A相压控方波信号uouta、B相压控方波信号uoutb，其频率均如式(1)所示，这两路方波是正交的且两者相位间的超前/滞后关系受控于来自上级控制器的双极性压控电压指令uc的极性。

Claims (2)

1.一种双极性压控正交脉冲多功能信号发生电路，其特征在于：
一种双极性压控正交脉冲多功能信号发生电路包括连接件CN1、乘法器IC1、积分运放IC2、B相比较器IC3、A相比较器IC4、绝对值芯片IC5、选择器IC6、B相二极管D1、A相二极管D2、钳位二极管D3、选择开关K1、电位器RP1、积分电阻R1、正端电阻R2、滞环电阻R3、B相限幅电阻R4、上拉电阻R5、A相限幅电阻R6、集电极电阻R7、钳位电阻R8、积分电容C1、正电源电容C2、负电源电容C3，连接件CN1的压控指令信号输入端Uc端与绝对值芯片IC5的正输入端IN+端、负输入端IN-端、正选择端SL+连接，连接件CN1的A相压控方波信号输出端OUTa端与选择器IC6的第1输出端Xout端连接，连接件CN1的B相压控方波信号输出端OUTb端与选择器IC6的第2输出端Yout端连接，连接件CN1的A相方波信号输出端Ua端与选择器IC6的第1常开端X1端、第2常闭端Y0端、A相限幅电阻R6的一端、A相二极管D2的阴极连接，A相二极管D2的阳极接地，连接件CN1的B相方波信号输出端Ub端与选择器IC6的第1常闭端X0端、第2常开端Y1端、B相限幅电阻R4的一端、B相二极管D1的阴极连接，B相二极管D1的阳极接地，连接件CN1的三角波信号输出端UΔ端与正端电阻R2的一端、积分电容C1的一端、积分运放IC2的OUT端、A相比较器IC4的负输入端IN-端连接，连接件CN1的正电源端+VCC端与电路正电源端+VCC端、正电源电容C2的一端连接，连接件CN1的负电源端-VSS端与电路正电源端-VSS端、负电源电容C3的一端连接，连接件CN1的地端GND端与正电源电容C2的另一端、负电源电容C3的另一端均接地，选择器IC6的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，选择器IC6的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，选择器IC6的选择端A端与钳位二极管D3的阴极、钳位电阻R8的一端连接，钳位二极管D3的阳极接地，钳位电阻R8的另一端与集电极电阻R7的一端、绝对值芯片IC5的选择逻辑端H/L端连接，集电极电阻R7的另一端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，绝对值芯片IC5的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，绝对值芯片IC5的输出端OUT端与乘法器IC1的输入2正端Y1端连接，乘法器IC1的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，乘法器IC1的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，乘法器IC1的输入1负端X2端、输入2负端Y2端、偏置端Z端均接地，乘法器IC1的输入1正端X1端与选择开关K1 的常开端NO端、B相限幅电阻R4的另一端、滞环电阻R3的一端、B相比较器IC3的输出端OUT端连接，乘法器IC1的输出端OUT端与选择开关K1的常闭端NC端连接，选择开关K1的公共端O端与电位器RP1的左端及其中心端连接，电位器RP1的右端与积分电阻R1的一端连接，积分电阻R1的另一端与积分电容C1的另一端、积分运放IC2的负输入端IN-端连接，积分运放IC2的正输入端IN+端接地，积分运放IC2的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，积分运放IC2的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，正端电阻R2的另一端与滞环电阻R3的另一端、B相比较器IC3的正输入端IN+端连接，B相比较器IC3的负输入端IN-端接地，B相比较器IC3的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，B相比较器IC3的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接，A相限幅电阻R6的另一端与上拉电阻R5的一端、A相比较器IC4的输出端OUT端连接，上拉电阻R5的另一端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的正输入端IN+端接地，A相比较器IC4的正电源端+V端与电路正电源端+VCC端连接，A相比较器IC4的负电源端-V端与电路负电源端-VSS端连接。
2.根据权利要求1所述的一种双极性压控正交脉冲多功能信号发生电路，其特征在于，电路参数配合关系如下：
uc、ucmax：压控指令信号及其最大值，uc∈[-ucmax,+ucmax]，uc≠0；u△：正负对称的三角波信号；ua、ub：为A相和B相的双极性正交方波信号；ua0、ub0：为A相和B相的单极性正交方波信号；uouta、uoutb：相互间超前/滞后相位受uc极性控制的正交方波信号；f△、f△max：由uc幅值进行调频控制的三角波与方波的频率及其最大值；
Figure FDA0003516277750000021
R3/R2＝k>1，(R1+RP1)C1＝kucmax/(4f△max) (2)。
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