CN208386500U - 一种非线性调节器及其死区电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非线性调节器及其死区电路，包括：第一差分放大电路，用于输出第一线性放大信号；第二差分放大电路，用于输出第二线性放大信号；第一电压比较器，同相输入端用于输入第二直流电压，反相输入端用于输入电压输入信号；第二电压比较器，同相输入端用于输入第一直流电压，反相输入端用于输入电压输入信号；四选一开关，第一输入端与第一差分放大电路的输出端连接，第二输入端和第三输入端接地，第四输入端与第二差分放大电路的输出端连接，第一选通受控端与第一电压比较器的输出端连接，第二选通受控端与第二电压比较器的输出端连接。本实用新型的非线性调节器及其死区电路具有较快的响应速度，并且能够获得准确而稳定的死区。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化过程控制技术领域，尤其涉及一种非线性调节器及其死区电路。
背景技术
死区电路是一个带有死区的非线性放大电路，其特点是当输入信号位于设定范围时，死区电路的输出信号始终为0；当输入信号超出该设定范围时，死区电路的输出信号才跟随输入信号变化；其中，输出信号始终为0所对应的输入信号的范围称为该死区电路的死区。
在模拟计算电路及过程控制系统中，死区电路已被广泛应用于非线性调节器中，在非线性调节器中起到至关重要的作用。传统的死区电路主要采用运算放大器、二极管和电阻网络构成，通过选择二极管的导通或截止来实现死区特性，但是，因为二极管并非理想的开关元件，二极管导通时，需要克服门坎电压；二极管截止时，又存在漏电流；并且，二极管极易受环境温度影响而不稳定，因而，传统的死区电路存在响应速度比较低，难以获得准确而稳定的死区的问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的一种非线性调节器及其死区电路具有较快的响应速度，并且能够获得准确而稳定的死区。
为解决上述技术问题，本实用新型的一种死区电路，包括：
第一差分放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入第一直流电压，所述第二输入端用于输入电压输入信号，所述输出端用于输出第一线性放大信号；
第二差分放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第二差分放大电路的第一输入端用于输入第二直流电压，所述第二差分放大电路的第二输入端用于输入所述电压输入信号，所述第二差分放大电路的输出端用于输出第二线性放大信号；
第一电压比较器，同相输入端用于输入所述第二直流电压，反相输入端用于输入所述电压输入信号；
第二电压比较器，同相输入端用于输入所述第一直流电压，反相输入端用于输入所述电压输入信号；
四选一开关，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一选通受控端、第二选通受控端和输出端，所述四选一开关的第一输入端与所述第一差分放大电路的输出端连接，所述四选一开关的第二输入端和所述四选一开关的第三输入端接地，所述四选一开关的第四输入端与所述第二差分放大电路的输出端连接，所述第一选通受控端与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第二选通受控端与所述第二电压比较器的输出端连接。
作为上述方案的改进，所述死区电路，还包括：
电压跟随器，同相输入端与所述四选一开关的输出端连接，反相输入端与输出端连接。
作为上述方案的改进，所述第一差分放大电路包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；其中，
所述第一电阻的一端作为所述第一差分放大电路的第一输入端，用于输入所述第一直流电压，所述第一电阻的另一端与第一运算放大器的反相输入端及所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接；
所述第三电阻的一端作为所述第一差分放大电路的第二输入端，用于输入所述电压输入信号，所述第三电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相输入端及所述第四电阻的一端相连，所述第四电路的另一端接地。
作为上述方案的改进，所述第一电阻的电阻值与所述第三电阻的电阻值相等；所述第二电阻的电阻值与所述第四电阻的电阻值相等。
作为上述方案的改进，所述第二差分放大电路包括：第二运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；其中，
所述第五电阻的一端作为所述第二差分放大电路的第一输入端，用于输入所述第二直流电压，所述第五电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端及所述第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端连接；
所述第七电阻的一端作为所述第二差分放大电路的第二输入端，用于输入所述电压输入信号，所述第七电阻的另一端与所述第二运算放大器的同相输入端及所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端接地。
作为上述方案的改进，所述第五电阻的电阻值与所述第七电阻的电阻值等；所述第六电阻的电阻值与所述第八电阻的电阻值相等。
作为上述方案的改进，所述第一直流电压的电压值与所述第二直流电压的电压值大小相等，且所述第一直流电压的极性与所述第二直流电压的极性相反。
为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种非线性调节器，包括：上述任意一种死区电路。
与现有技术相比，本实用新型的非线性调节器及其死区电路中第一电压比较器和第二电压比较器根据输入电压信号来控制四选一开关选通对应的第一差分放大电路输出或第二差分放大电路输出或地之一以作为一种死区电路的输出信号，使得该死区电路具有较快的响应速度，避免了传统方案中二极管的使用，由于本实用新型所采用的器件均具有较高的稳定性，且不易受环境温度的影响，使得本实用新型的非线性调节器及其死区电路能够获得准确而稳定的死区。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的一种死区电路的结构示意图。
图2是本实用新型实施例2的一种死区电路的结构示意图。
图3是本实用新型实施例中死区电路的信号传输特性图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
如图1所示，是本实用新型实施例1的一种死区电路。
该死区电路包括：第一差分放大电路1，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端用于输入第一直流电压-E，第二输入端用于输入电压输入信号Ui，输出端U1用于输出第一线性放大信号；第二差分放大电路2，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端用于输入第二直流电压+E，第二输入端用于输入电压输入信号Ui，输出端U2用于输出第二线性放大信号；第一电压比较器A3，同相输入端用于输入第二直流电压+E，反相输入端用于输入电压输入信号Ui；第二电压比较器A4，同相输入端用于输入第一直流电压-E，反相输入端用于输入电压输入信号Ui；四选一开关3，第一输入端与第一差分放大电路1的输出端U1连接，第二输入端和第三输入端接地，第四输入端与第二差分放大电路2的输出端U2连接，第一选通受控端A与第一电压比较器A3的输出端U3连接，第二选通受控端B与第二电压比较器A4的输出端U4连接，四选一开关3的输出端Y为一种死区电路的输出端。
接下来，结合附图1和附图3对本实用新型实施例1的工作过程进行说明。
当Ui＜-E时，第一电压比较器A3的输出端U3和第二电压比较器A4的输出端U4均输出高电平，即控制四选一开关3的第一选通受控端A和第二选通受控端B接高电平，则四选一开关3控制第一输入端与输出端Y连接，此时，Y—U1导通，四选一开关3的输出端Y输出第一线性放大信号；
当-E≤Ui≤+E时，第一电压比较器A3的输出端U3输出高电平，第二电压比较器A4的输出端U4输出低电平，即控制四选一开关3的第一选通受控端A接高电平、第二选通受控端B接低电平，则四选一开关3控制第二输入端与输出端Y连接，此时，Y—地导通，四选一开关3的输出端Y输出的电压为0；
当Ui＞+E时，第一电压比较器A3的输出端U3和第二电压比较器A4的输出端U4均输出低电平，即控制四选一开关3的第一选通受控端A和第二选通受控端B均接低电平，则四选一开关3控制第四输入端与输出端Y连接，此时，Y—U2导通，四选一开关3的输出端Y输出第二线性放大信号。
具体地，如图1所示，该第一差分放大电路1包括：第一运算放大器A1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；其中，第一电阻的R1一端作为第一差分放大电路的第一输入端，用于输入第一直流电压-E，第一电阻R1的另一端与第一运算放大器A1的反相输入端及第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与第一运算放大器A1的输出端U1连接；第三电阻R3的一端作为第一差分放大电路的第二输入端，用于输入电压输入信号Ui，第三电阻R3的另一端与第一运算放大器A1的同相输入端及第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端接地。
第二差分放大电路2包括：第二运算放大器A2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；其中，第五电阻R5的一端作为第二差分放大电路的第一输入端，用于输入第二直流电压+E，第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的反相输入端及第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与第二运算放大器A2的输出端U2连接；第七电阻R7的一端作为第二差分放大电路的第二输入端，用于输入电压输入信号Ui，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器A2的同相输入端及第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端接地。
优选地，R1＝R3＝R5＝R7＝R，R2＝R4＝R6＝R8＝RF，则第一差分放大电路1中第一运算放大器A1输出端U1输出的第一线性放大信号UO1为第二差分放大电路2中第二运算放大器A2输出端U2输出第二线性放大信号UO2为其中，第一线性放大信号UO1和第二线性放大信号UO2的具有相同的斜率K，K＝RF/R。
优选地，第一直流电压-E的电压值与第二直流电压+E的电压值大小相等，且第一直流电压-E的极性与第二直流电压+E的极性相反，第一电压信号-E的电压值与第二电压信号+E的电压值大小相等且方向相反便于设置死区电路的死区区间。
实施例2
如图2所示，是本实用新型的另一种死区电路。
该死区电路除了包含实施例1中的全部部件之外，还包括：电压跟随器A5，该电压跟随器A5的同相输入端与四选一开关3的输出端Y连接，反相输入端与输出端UO连接，使得经四选一开关3的输出端Y输出第一线性放大信号UO1或第二线性放大信号UO2或0，能够经电压跟随器A5的输出端UO输出，实现输出信号的隔离，提高输出信号的稳定性。
综上所述，如图1和图2所示，当输入电压信号Ui满足-E≤Ui≤+E时，死区电路工作在死区区间，死区电路的输出端UO的输出电压为UOut＝0；当Ui＜-E时，死区电路工作在线性放大区，死区电路的输出端UO的输出电压为当Ui＞+E时，死区电路工作在线性放大区，死区电路的输出端UO的输出电压为
进一步地，本实用新型还提供一种非线性调节器，包括：上述任意一种死区电路。
与现有技术相比，本实用新型的非线性调节器及其死区电路，具有以下有益效果：
(1)第一电压比较器和第二电压比较器根据输入电压信号来控制四选一开关选通对应的第一差分放大电路输出或第二差分放大电路输出或地之一，进而作为一种死区电路的输出信号，使得该死区电路具有较快的响应速度，避免了传统方案中二极管的使用；由于本实用新型所采用的器件均具有较高的稳定性，且不易受环境温度的影响，使得本实用新型的非线性调节器及其死区电路能够获得准确而稳定的死区；
(2)该线性调节器及其死区电路可通过设置电阻R和RF的精度来提高死区电路在线性放大区的输出信号的精度；
(3)通过在四选一开关的输出端连接电压跟随器，可提高电路的抗干扰能力；
(4)该线性调节器及其死区电路还具有电路结构简单、线性好、成本低，对调节系统非线性影响小的特点。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，故凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种死区电路，其特征在于，包括：
第一差分放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入第一直流电压，所述第二输入端用于输入电压输入信号，所述输出端用于输出第一线性放大信号；
第二差分放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第二差分放大电路的第一输入端用于输入第二直流电压，所述第二差分放大电路的第二输入端用于输入所述电压输入信号，所述第二差分放大电路的输出端用于输出第二线性放大信号；
第一电压比较器，同相输入端用于输入所述第二直流电压，反相输入端用于输入所述电压输入信号；
第二电压比较器，同相输入端用于输入所述第一直流电压，反相输入端用于输入所述电压输入信号；
四选一开关，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第一选通受控端、第二选通受控端和输出端，所述四选一开关的第一输入端与所述第一差分放大电路的输出端连接，所述四选一开关的第二输入端和所述四选一开关的第三输入端接地，所述四选一开关的第四输入端与所述第二差分放大电路的输出端连接，所述第一选通受控端与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第二选通受控端与所述第二电压比较器的输出端连接。
2.如权利要求1所述的死区电路，其特征在于，还包括：
电压跟随器，同相输入端与所述四选一开关的输出端连接，反相输入端与输出端连接。
3.如权利要求1所述的死区电路，其特征在于，所述第一差分放大电路包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；其中，
所述第一电阻的一端作为所述第一差分放大电路的第一输入端，用于输入所述第一直流电压，所述第一电阻的另一端与第一运算放大器的反相输入端及所述第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接；
所述第三电阻的一端作为所述第一差分放大电路的第二输入端，用于输入所述电压输入信号，所述第三电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相输入端及所述第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端接地。
4.如权利要求3所述的死区电路，其特征在于，所述第一电阻的电阻值与所述第三电阻的电阻值相等；所述第二电阻的电阻值与所述第四电阻的电阻值相等。
5.如权利要求1所述的死区电路，其特征在于，所述第二差分放大电路包括：第二运算放大器、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；其中，
所述第五电阻的一端作为所述第二差分放大电路的第一输入端，用于输入所述第二直流电压，所述第五电阻的另一端与第二运算放大器的反相输入端及所述第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端连接；
所述第七电阻的一端作为所述第二差分放大电路的第二输入端，用于输入所述电压输入信号，所述第七电阻的另一端与所述第二运算放大器的同相输入端及所述第八电阻的一端相连，所述第八电阻的另一端接地。
6.如权利要求5所述的死区电路，其特征在于，所述第五电阻的电阻值与所述第七电阻的电阻值相等；所述第六电阻的电阻值与所述第八电阻的电阻值相等。
7.如权利要求1所述的死区电路，其特征在于，所述第一直流电压的电压值与所述第二直流电压的电压值大小相等，且所述第一直流电压的极性与所述第二直流电压的极性相反。
8.一种非线性调节器，其特征在于，包括：如权利要求1～7中任一项所述的死区电路。
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