CN201078843Y - 高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路 - Google Patents

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CN201078843Y CNU2007200523353U CN200720052335U CN201078843Y CN 201078843 Y CN201078843 Y CN 201078843Y CN U2007200523353 U CNU2007200523353 U CN U2007200523353U CN 200720052335 U CN200720052335 U CN 200720052335U CN 201078843 Y CN201078843 Y CN 201078843Y
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李双河
梁庭燊
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Abstract

本实用新型提供一种采用电敏变阻器件以闭环反馈方法对输入正弦波信号进行放大或衰减自动调控，使电路输出达到稳幅稳压效果的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，包括有：输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块以及基准直流电压值设定模块、比较及误差值放大模块、采样及整流处理模块；输入信号经输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块输出，同时输出的信号经采样及整流处理模块采样及整流后送到比较及误差值放大模块；基准直流电压值设定模块输出的基准直流电压也送到比较及误差值放大模块，比较及误差值放大模块将输出端采样及整流处理后的直流电压信号与基准直流电压相比较并将两者的误差值放大，送回增益调控及线性放大模块调控线性放大器的增益值，如此循环反馈控制，直到从输出端采样并整流输出的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零。

Description

高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路
技术领域
本实用新型涉及一种电子电路，尤其涉及一种采用电敏变阻器件以闭环反馈方法对输入正弦波信号进行放大或衰减自动调控，使电路输出达到稳幅稳压效果的方案方法。
背景技术
在低频精密测试领域，为了便于进行相同电压幅度条件下的分析比较，要求将10Hz~200kHz频段范围内幅度波动的正弦波信号经过变换处理得到高精度(精度优于±0.1％，稳定度优于0.1％)、低失真(失真度小于0.1％)的稳幅稳压信号。市场上的元器件和现成的应用电路虽然很多，但仍难以满足上述信号变换要求，由此提出研发新型实用变换电路的课题和市场需求。
从技术条件上，研究具备了相关的技术背景：
1、现有成熟的模拟单元电路设计思路及方法；
2、本申请人自行研发的电敏变阻器解决了中低频段正弦波信号传输调控中的低失真和无相移问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用电敏变阻器件以闭环反馈方法对输入正弦波信号进行放大或衰减自动调控，使电路输出达到稳幅稳压效果的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其中，包括有：输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块以及基准直流电压值设定模块、比较及误差值放大模块、采样及整流处理模块；输入信号经输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块输出，同时输出的信号经采样及整流处理模块采样及整流后送到比较及误差值放大模块；基准直流电压值设定模块输出的基准直流电压也送到比较及误差值放大模块，比较及误差值放大模块将输出端采样及整流处理后的直流电压信号与基准直流电压相比较并将两者的误差值放大，送回增益调控及线性放大模块调控线性放大器的增益值，如此循环反馈控制，直到从输出端采样并整流输出的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零。
本实用新型的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其有益效果在于，由于采用输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块、采样及整流处理模块、基准直流电压值设定模块、比较及误差值放大模块，在需要将10Hz~200kHz频段范围内电压幅度变化在50％~200％的正弦波信号变换为稳定电压幅度输出的信号，可以获得精度比较高的稳定输出；其输出电压幅度精度优于±0.1％，稳定度优于0.1％，失真度小于0.1％。所述电路的功能及实用性：对于幅度电压不一样的宽频带(10Hz~200kHz)正弦波信号在失真很小(小于0.1％)条件下转变成等电压幅度的正弦波信号，其现实意义是可以把测试过程中的不同电压幅度条件处理转变成相同的电压幅度条件，这将大大提高了信号分析比较结果的可靠性以及能够充分满足在精密测量领域的广泛应用；同时，由于该变换电路精度及稳定度极高，还可以广泛应用于计量校准领域，制作成计量、校准类标准仪器仪表，标准信号源和中低频段交流稳幅稳压装置等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路的原理示意图；
图2为本实用新型高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路的具体电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其中，包括有：输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块以及基准直流电压值设定模块、比较及误差值放大模块、采样及整流处理模块；输入信号经输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块输出，同时输出的信号经采样及整流处理模块采样及整流后送到比较及误差值放大模块；基准直流电压值设定模块输出的基准直流电压也送到比较及误差值放大模块，比较及误差值放大模块将输出端采样及整流处理后的直流电压信号与基准直流电压相比较并将两者的误差值放大，送回增益调控及线性放大模块调控线性放大器的增益值，如此循环反馈控制，直到从输出端采样并整流输出的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零。
所述输入保护及阻抗变换模块用于利用稳压元件将输入信号电压控制在安全范围内，避免错误操作接入过高电压以至将后级电路损坏，以及利用高输入阻抗的运算放大器进行输入阻抗变换，提高电路的输入阻抗，减小电路接入对被测信号的影响；
所述增益调控及线性放大模块用于对输入信号进行相应比例的放大，其放大的增益值受比较及误差值放大模块电路输出的驱动调控信号实时调控；
所述输出阻抗变换模块用于利用低输出阻抗运算放大器进行阻抗变换，降低电路的输出阻抗，使得信号输出时不需要对后续连接的其它仪器或电路提出很高的输入阻抗要求；
所述采样及整流处理模块用于通过采样电路将输出信号进行采样后，再经过理想整流电路把交流信号转变成可以与基准直流电压信号相比较的直流电压信号；
所述基准直流电压值设定模块利用专用基准直流电压源产生基准直流电压，并通过调节相应电位器，设定反馈回路所需的基准直流电压值的大小；
所述比较及误差值放大模块用于把电路输出端输出信号经过采样并理想整流处理后的直流电压信号与设定的基准直流电压进行比较，将两者的误差值经过相应的放大处理，然后驱动调控线性放大模块电路的增益，直到电路输出端经过采样并理想整流处理后的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零。
如图2所示，本实用新型高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路的具体电路中，
1-输入保护及阻抗变换模块：该模块电路由限流电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管Z1、稳压管Z2、隔直流电容C1、隔直流电容C2、运算放大器A1组成；限流电阻R1一端连接到信号输入端，另一端连接运算放大器A1的正输入端；电阻R2一端连接运算放大器A1的正输入端，另一端接地；稳压管Z1、Z2的负极对接，稳压管Z1的正极连接运算放大器A1的正输入端，稳压管Z2的正极接地；运算放大器A1的负输入端与输出端连接；电阻R3一端连接运算放大器A1的输出端，另一端接地；隔直流电容隔C1、C2两端并接，隔直流电容C1的正极连接运算放大器A1的输出端，隔直流电容C1的负极连接电阻R4的一端，并且连接到增益调控及线性放大模块的电阻R5，电阻R4的另一端接地。
2-增益调控及线性放大模块：该模块电路由电敏变阻器ECR、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3、运算放大器A2组成；电容C3与电敏变阻器ECR电光源正负两极并接，电敏变阻器ECR电光源正极连接到比较及误差值放大模块电路的电阻R23，电敏变阻器ECR的电阻输出一端连接电阻R5的一端，另一端连接运算放大器A2的负输入端，电阻R5的另一端连接到输入保护及阻抗变换模块电路的隔直流电容C1；电阻R6一端连接运算放大器A2的正输入端，另一端接地；电阻R7一端连接运算放大器A2的负输入端，另一端连接运算放大器A2的输出端；电阻R8一端连接运算放大器A2的输出端，另一端接地；运算放大器A2的输出端连接到输出阻抗变换模块的运算放大器A3。
3-输出阻抗变换模块：该模块电路由电阻R9、电阻R10、电阻R11、隔直流电容C4、隔直流电容C5、运算放大器A3组成。运算放大器A3的正输入端连接到增益调控及线性放大模块的运算放大器A2；电阻R9一端连接运算放大器A2的输出端，另一端接地；隔直流电容C4、C5两端并接，隔直流电容C4的正极连接运算放大器A3的输出端，隔直流电容C4的负极连接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端连接到信号输出端。
4-采样及整流处理模块：该模块电路由电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C6、电容C7、整流管D1、整流管D2、运算放大器A4、运算放大器A5组成；电阻R12、电阻R13一端相连并连接到信号输出端，电阻R12的另一端连接运算放大器A4的负输入端，电阻R13的另一端连接运算放大器A5的负输入端；整流管D1的正极连接电阻R14、电阻R16的一端，整流管D1的负极连接运算放大器A4的输出端，电阻R14的另一端连接运算放大器A5的负输入端，电阻R16的另一端连接运算放大器A4的负输入端；整流管D2的正极连接运算放大器A4的输出端，负极连接运算放大器A4的负输入端；电阻R17一端连接运算放大器A4的正输入端，另一端接地；电阻R15、电容C6端并接，电容C6的正极连接运算放大器A5的输出端，电容C6的负极连接运算放大器A5的负输入端；电阻R18一端连接运算放大器A5的正输入端，另一端接地；电阻R19、电容C7两端并接，一端连接运算放大器A5的输出端，另一端接地；运算放大器A5的输出端连接到比较及误差值放大模块的电阻R20。
5-比较及误差值放大模块：该模块电路由电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器A6组成；电阻R20一端连接A6的负输入端，另一端连接到采样及整流处理模块的运算放大器A5；电容C8一端连接到运算放大器A6的负输入端，另一端接地；电阻R21、电容C9两端并接，一端连接运算放大器A6的输出端，另一端连接运算放大器A6的负输入端；电容C10一端连接运算放大器A6的正输入端，另一端接地；电阻R22一端连接运算放大器A6的输出端，另一端接地；电阻R23一端连接运算放大器A6的输出端，另一端连接到增益调控及线性放大模块的电敏变阻器ECR；电阻R24一端连接运算放大器A6的正输入端，另一端连接到基准直流电压值设定模块的可调电位器W1。
6-基准直流电压值设定模块：该模块电路由基准直流电压源AD586(8脚双列直插封装)、可调电位器W1、电容C11、电容C12组成。基准直流电压源A7管脚2接供电电源Vcc，管脚4接地，管脚6输出基准直流电压，管脚8连接电容C12的一端，电容C12另一端接地；可调电位器W1的一端连接基准直流电压源A7的管脚6，可调电位器W1的另一端接地；电容C11一端接在可调电位器W1的可调端，另一端接地；可调电位器W1的可调端连接到比较及误差值放大模块的电阻R24。
电路元器件清单说明如下：
R1＝5.1kΩ，R2＝100kΩ~1MΩ，R3＝R8＝R12＝R13＝R15＝R16＝R20＝R22＝10kΩ，
R4＝R9＝R10＝R19＝20kΩ，R5＝1kΩ，R6＝3kΩ，R7＝8.2kΩ，R11＝50Ω，
R14＝R17＝R18＝R24＝5kΩ，R21＝3.3MΩ，R23＝3.9kΩ，W1＝10kΩ，
C1＝C4＝330μF/35V，C2＝C5＝0.47μF，C3＝C8＝0.22μF，C6＝100μF/35V，
C7＝C9＝0.1μF，C10＝C11＝C12＝1μF，Z1＝Z2＝6.2V，D1、D2选用IN4148，
A1~A6选用低漂移高输入阻抗运算放大器LF412，
A7选用基准直流电压源AD586，
ECR为电敏变阻器。
正弦波输入信号通过由电阻R1，稳压管Z1，稳压管Z2组成的保护电路进入运算放大器A1进行阻抗变换使电路具有较高的输入阻抗；信号经过隔直流电容C1、C2后到达由电阻R5、电敏变阻器ECR、电阻R7、和运算放大器A2组成的线性放大电路，经过把输入信号进行相应增益的放大，从运算放大器A2输出端输出；为了使电路获得低的输出阻抗信号通过运算放大器A3作阻抗变换，经隔直流电容C4、C5后再经过R11输出；基准直流电压由基准直流电压源A7产生，通过调整电位器W1可以根据需要设定电路所需的基准直流电压值；电路输出端的输出信号经由运算放大器A4、A5，整流管D1、D2，电阻R12~R19，电容C6组成的采样及理想整流电路变换为直流电压信号与设定的基准直流电压进行比较，其两者的差值由运算放大器A6放大并经R23输出调控电敏变阻器(ECR)输出的电阻值；电敏变阻器(ECR)输出电阻值的变化改变线性放大电路的增益值；如此循环反馈控制，直到从输出端采样并整流输出的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零，此时电路输出端输出高精度、低失真的正弦波稳幅稳压信号。
电路中一个重要的元器件是本申请人自行研发的电敏变阻器ECR，它以输出纯电阻方式调控线性放大电路的增益，引入失真小并且无相差；基准直流电压源A7和电位器W1电性能要求非常稳定，否则会影响到最后输出正弦波信号的漂移或波动程度，这里选用了高精度基准直流电压源AD586和高精度金属膜电位器；A1~A6必需选用低漂移高输入阻抗运算放大器，运算放大器A3还要求有低输出阻抗，这里均选用了LF412；其它元器件则不需太严格的要求，只需具有比较小的温度系数即可。
上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，包括有：输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块以及基准直流电压值设定模块、比较及误差值放大模块、采样及整流处理模块；输入信号经输入保护及阻抗变换模块、增益调控及线性放大模块、输出阻抗变换模块输出，同时输出的信号经采样及整流处理模块采样及整流后送到比较及误差值放大模块；基准直流电压值设定模块输出的基准直流电压也送到比较及误差值放大模块，比较及误差值放大模块将输出端采样及整流处理后的直流电压信号与基准直流电压相比较并将两者的误差值放大，送回增益调控及线性放大模块调控线性放大器的增益值，如此循环反馈控制，直到从输出端采样并整流输出的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零。
2.根据权利要求1所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述增益调控及线性放大模块中包括有电敏变阻器ECR。
3.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述输入保护及阻抗变换模块用于利用稳压元件将输入信号电压控制在安全范围内，避免错误操作接入过高电压以至将后级电路损坏，以及利用高输入阻抗的运算放大器进行输入阻抗变换，提高电路的输入阻抗，减小电路接入对被测信号的影响；所述输入保护及阻抗变换模块：该模块电路由限流电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、稳压管Z1、稳压管Z2、隔直流电容C1、隔直流电容C2、运算放大器A1组成；限流电阻R1一端连接到信号输入端，另一端连接运算放大器A1的正输入端；电阻R2一端连接A1的正输入端，另一端接地；稳压管Z1、Z2的负极对接，稳压管Z1的正极连接运算放大器A1的正输入端，稳压管Z2的正极接地；运算放大器A1的负输入端与输出端连接；电阻R3一端连接运算放大器A1的输出端，另一端接地；隔直流电容C1、C2两端并接，隔直流电容C1的正极连接运算放大器A1的输出端，隔直流电容C1的负极连接电阻R4的一端，并且连接到增益调控及线性放大模块的电阻R5，电阻R4的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述增益调控及线性放大模块用于对输入信号进行相应比例的放大，其放大的增益值受比较及误差值放大模块电路输出的驱动调控信号实时调控；所述增益调控及线性放大模块：该模块电路由电敏变阻器ECR、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3、运算放大器A2组成；电容C3与电敏变阻器ECR电光源正负两极并接，电敏变阻器ECR电光源正极连接到比较及误差值放大模块电路的电阻R23，电敏变阻器ECR电光源负极接地；电敏变阻器ECR的电阻输出一端连接电阻R5的一端，另一端连接运算放大器A2的负输入端，电阻R5的另一端连接到输入保护及阻抗变换模块电路的隔直流电容C1；电阻R6一端连接运算放大器A2的正输入端，另一端接地；电阻R7一端连接运算放大器A2的负输入端，另一端连接运算放大器A2的输出端；电阻R8一端连接A2的输出端，另一端接地；运算放大器A2的输出端连接到输出阻抗变换模块的运算放大器A3。
5.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述输出阻抗变换模块用于利用低输出阻抗运算放大器进行阻抗变换，降低电路的输出阻抗，使得信号输出时不需要对后续连接的其它仪器或电路提出很高的输入阻抗要求；所述输出阻抗变换模块：该模块电路由电阻R9、电阻R10、电阻R11、隔直流电容C4、隔直流电容C5、运算放大器A3组成，运算放大器A3的正输入端连接到增益调控及线性放大模块的运算放大器A2；电阻R9一端连接运算放大器A3的输出端，另一端接地；隔直流电容C4、C5两端并接，隔直流电容C4的正极连接运算放大器A3的输出端，隔直流电容C4的负极连接电阻R10、电阻R11的一端，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端连接到信号输出端。
6.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述采样及整流处理模块用于通过采样电路将输出信号进行采样后，再经过理想整流电路把交流信号转变成可以与基准直流电压相比较的直流电压信号；所述采样及整流处理模块：该模块电路由电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C6、电容C7、整流管D1、整流管D2、运算放大器A4、运算放大器A5组成；电阻R12、电阻R13一端相连并连接到信号输出端，电阻R12的另一端连接运算放大器A4的负输入端，电阻R13的另一端连接运算放大器A5的负输入端；整流管D1的正极连接电阻R14、电阻R16的一端，整流管D1的负极连接运算放大器A4的输出端，电阻R14的另一端连接运算放大器A5的负输入端，电阻R16的另一端连接运算放大器A4的负输入端；整流管D2的正极连接运算放大器A4的输出端，负极连接运算放大器A4的负输入端；电阻R17一端连接运算放大器A4的正输入端，另一端接地；电阻R15、电容C6两端并接，电容C6的正极连接运算放大器A5的输出端，电容C6的负极连接运算放大器A5的负输入端；电阻R18一端连接运算放大器A5的正输入端，另一端接地；电阻R19、电容C7两端并接，一端连接运算放大器A5的输出端，另一端接地；运算放大器A5的输出端连接到比较及误差值放大模块的电阻R20。
7.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述基准直流电压值设定模块利用专用基准直流电压源产生基准直流电压，并通过调节相应电位器，设定反馈回路所需的基准直流电压值的大小；所述基准直流电压值设定模块：该模块电路由基准直流电压源A7、可调电位器W1、电容C11、电容C12组成。基准直流电压源A7管脚(2)接供电电源Vcc，管脚(4)接地，管脚(6)输出基准直流电压，管脚(8)连接电容C12的一端，电容C12另一端接地；可调电位器W1的一端连接基准直流电压源A7的管脚(6)，可调电位器W1的另一端接地；电容C11一端接在可调电位器W1的可调端，另一端接地；可调电位器W1的可调端连接到比较及误差值放大模块的电阻R24。
8.根据权利要求2所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，所述比较及误差值放大模块用于把电路输出端输出信号经过采样并理想整流处理后的直流电压信号与设定的基准直流电压进行比较，将两者的误差值经过相应的放大处理，然后驱动调控线性放大模块电路的增益，直到电路输出端经过采样并理想整流处理后的直流电压信号与设定的基准直流电压差值趋于零或近似接近零；所述比较及误差值放大模块：该模块电路由电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器A6组成；电阻R20一端连接A6的负输入端，另一端连接到采样及整流处理模块的运算放大器A5；电容C8一端连接到运算放大器A6的负输入端，另一端接地；电阻R21、电容C9两端并接，一端连接运算放大器A6的输出端，另一端连接运算放大器A6的负输入端；电容C10一端连接运算放大器A6的正输入端，另一端接地；电阻R22一端连接运算放大器A6的输出端，另一端接地；电阻R23一端连接运算放大器A6的输出端，另一端连接到增益调控及线性放大模块的电敏变阻器ECR；电阻R24一端连接运算放大器A6的正输入端，另一端连接到基准直流电压值设定模块的可调电位器W1。
9.根据权利要求3至8中任何一项所述的高精度宽频带低失真正弦波信号稳幅稳压变换电路，其特征在于，运算放大器A1~A6选用低漂移高输入阻抗运算放大器LF412，基准直流电压源A7选用8脚双列直插封装的基准直流电压源AD586。
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