CN210348253U

CN210348253U - 一种高精度低压交流信号源

Info

Publication number: CN210348253U
Application number: CN201921783162.1U
Authority: CN
Inventors: 袁明波; 宋维; 高霞; 周新虹; 杨立峰
Original assignee: Shandong College of Electronic Technology
Current assignee: Shandong College of Electronic Technology
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2029-10-23

Abstract

本实用新型公开了一种高精度低压交流信号源，主控芯片的第一信号输出端连接DA控制器的信号输入端，所述DA控制器的信号输出端连接程控运算放大器的第一信号输入端，所述程控运算放大器的信号输出端连接D类功放的第一信号输入端，所述D类功放的信号输出端与所述主控芯片的反馈信号输入端电连接。主控芯片根据用户输入的频率驱动DA控制器产生正弦波，并将正弦波进一步传递给程控运算放大器，程控运算放大器的放大倍数受主控芯片控制，主控芯片根据用户输入的电压值，调整程控运算放大器，并将放大后的正弦波信号送D类功放，D类功放进行功率放大反馈给主控芯片进行闭环控制，进而保证输出低压交流信号的同时减小了电路的尺寸。

Description

一种高精度低压交流信号源

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种高精度低压交流信号源。

背景技术

高精度低压交流信号源在生物检测学中有着广泛的应用，例如在进行细胞电刺激实验中，就需要单次、多次或长时间的给细胞施加低压、低电流、高频交流电场；在进行动物神经传导阻断性实验时，就需要给被测对象施加频率和电流均可变的交流电场。对于需长时间观察的个体，还需给被测对象携带便携式交流信号源。

传统技术中，为了得到低压交流信号一般使用交流市电通过变压器降压的方法得到所需的交流信号，采用这种方法的优点在于技术实现上极为简单，且功耗和电流只与变压器的选择相关，不需引入额外的控制技术。但是，采用这种方法的缺点也是及其明显的，主要表现在：交流市电的频率为50Hz，使用其它频率的交流电变换困难；输出电压不可调整；体积较大；不可在没有市电的情况下工作。

使用直流逆变技术则可以克服以上问题，直流逆变技术采用直流供电，对于便携式测试项目可以直接使用电池供电，而且频率、电压和电流均可调整。但是现有的直流逆变技术的基本原理是现将输入的直流电压通过DCDC的转换方式升高为需要输出的交流电压的1.414倍，然后使用智能控制器(MCU)发出SPWM波，驱动逆变桥进行交流转换，在最后输出级加入LC滤波，最终得到完整的正弦交流信号。传统直流逆变的方法，其主要缺点在于电路尺寸的控制，由于其由DCDC升压和SPWM驱动逆变桥2部分组成，且至少需要5个MOS管、2个功率电感和多个大容量电容，所以其尺寸很难控制在便携式设备可接受的范围内，且在信号精度和调整控制上也存在一定的技术实现难度。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种高精度低压交流信号源，包括：主控芯片，所述主控芯片的第一信号输出端连接DA控制器的信号输入端，所述DA控制器的信号输出端连接程控运算放大器的第一信号输入端，所述程控运算放大器的信号输出端连接D类功放的第一信号输入端，所述D类功放的信号输出端与所述主控芯片的反馈信号输入端电连接。

采用上述实现方式，主控芯片根据用户输入的频率驱动DA控制器产生正弦波，并将正弦波进一步传递给程控运算放大器，程控运算放大器的放大倍数受主控芯片控制，主控芯片根据用户输入的电压值，调整程控运算放大器，并将放大后的正弦波信号送D类功放，D类功放进行功率放大反馈给主控芯片进行闭环控制，进而保证输出低压交流信号的同时减小了电路的尺寸。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述主控芯片与所述程控运算放大器和所述D类功放之间分别设置有电压调整单元和电流调整单元，所述电压调整单元分别与所述主控芯片的第二信号输出端和所述程控运算放大器的第二信号输入端电连接，所述电流调整单元分别与所述主控芯片的第三信号输出端和所述D类功放的第二信号输入端电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述D类功放与所述反馈信号输入端之间还设置有滤波输出单元、整流单元和滤波单元，所述整流单元分别与所述滤波输出单元的第一信号输出端和所述滤波单元的信号输入端电连接，所述滤波输出单元的信号输入端与所述D类功放的信号输出端电连接，所述滤波单元的信号输出端与所述反馈信号输入端电连接。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述主控芯片还包括信号输入端，所述信号输入端与按键控制单元电连接。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述主控芯片还包括显示信号输出端，所述显示信号输出端与一液晶显示器电连接。

结合第一方面或第一方面第一至四种任一可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述控制芯片包括AVR单片机、PIC单片机、MSP430单片机和STM32单片机。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述DA控制器为12位DA转换芯片，包括12位DA转换芯片MAX7541、12位DA转换芯片TLV5616、12位DA转换芯片MAX536、12位DA转换芯片MAX5822和12位DA转换芯片TLV4613。

结合第一方面，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述程控运算放大器包括基于AD603的程控运算放大器。

结合第一方面，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述D类功放包括D类功放TPA3116D2。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种高精度低压交流信号源的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本实用新型实施例提供的一种高精度低压交流信号源的结构示意图，参见图1，本实用新型实施例提供的高精度低压交流信号源包括：主控芯片，本实施例中所述控制芯片包括AVR单片机、PIC单片机、MSP430单片机和STM32单片机。

所述主控芯片的第一信号输出端连接DA控制器的信号输入端，所述DA控制器的信号输出端连接程控运算放大器的第一信号输入端，所述程控运算放大器的信号输出端连接D类功放的第一信号输入端，所述D类功放的信号输出端与所述主控芯片的反馈信号输入端电连接。

所述DA控制器为12位DA转换芯片，包括12位DA转换芯片MAX7541、12位DA转换芯片TLV5616、12位DA转换芯片MAX536、12位DA转换芯片MAX5822和12位DA转换芯片TLV4613。所述程控运算放大器包括基于AD603的程控运算放大器，所述D类功放包括D类功放TPA3116D2。

所述主控芯片与所述程控运算放大器和所述D类功放之间分别设置有电压调整单元和电流调整单元，所述电压调整单元分别与所述主控芯片的第二信号输出端和所述程控运算放大器的第二信号输入端电连接，所述电流调整单元分别与所述主控芯片的第三信号输出端和所述D类功放的第二信号输入端电连接。

所述D类功放与所述反馈信号输入端之间还设置有滤波输出单元、整流单元和滤波单元，所述整流单元分别与所述滤波输出单元的第一信号输出端和所述滤波单元的信号输入端电连接，所述滤波输出单元的信号输入端与所述D类功放的信号输出端电连接，所述滤波单元的信号输出端与所述反馈信号输入端电连接。

本实用新型实施例中的所述主控芯片还包括信号输入端，所述信号输入端与按键控制单元电连接。所述主控芯片还包括显示信号输出端，所述显示信号输出端与一液晶显示器电连接。

本实施例中的高精度低压交流信号源可以使用直流稳压电源或者使用12V电池。用户根据液晶显示器上的提示信息输入，通过按键控制单元输入频率、电压和电流值，按启动键即进入正常工作，如高精度低压交流信号源所接负载出现异常，高精度低压交流信号源会立即断电，并在液晶显示器上提示错误信息。

高精度低压交流信号源由单片机作为主控制芯片，接有液晶显示器和按键控制人机交互系统，单片机根据用户输入的频率驱动12位DA控制器产生正弦波，并将正弦波进一步传递给程控运算放大器，程控运算放大器的放大倍数受单片机控制，单片机根据用户输入的电压值，调整程控运算放大器，并将放大后的正弦波信号送D类功放，D类功放进行功率放大，单片机进行闭环控制，功率放大后的信号经滤波后输出，输出信号通过整流滤波进行采样，用于完成闭环控制。

本实施例中单片机控制DA芯片发出正弦波信号，其频率调整分辨率可达0.01Hz，经过12位DA控制器和程控运算放大器2级电压控制，可使得电压分辨率在1mV左右，有效控制电压小于10mV。使用D类功放进行功率放大，其效率可达90％，最大功率可达120W，由于高精度低压交流信号源本身没有使用大功率的电感和电容，所以尺寸较小。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种高精度低压交流信号源，主控芯片根据用户输入的频率驱动DA控制器产生正弦波，并将正弦波进一步传递给程控运算放大器，程控运算放大器的放大倍数受主控芯片控制，主控芯片根据用户输入的电压值，调整程控运算放大器，并将放大后的正弦波信号送D类功放，D类功放进行功率放大反馈给主控芯片进行闭环控制，进而保证输出低压交流信号的同时减小了电路的尺寸。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，如来替代，本实用新型仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims

1.一种高精度低压交流信号源，其特征在于，包括：主控芯片，所述主控芯片的第一信号输出端连接DA控制器的信号输入端，所述DA控制器的信号输出端连接程控运算放大器的第一信号输入端，所述程控运算放大器的信号输出端连接D类功放的第一信号输入端，所述D类功放的信号输出端与所述主控芯片的反馈信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述主控芯片与所述程控运算放大器和所述D类功放之间分别设置有电压调整单元和电流调整单元，所述电压调整单元分别与所述主控芯片的第二信号输出端和所述程控运算放大器的第二信号输入端电连接，所述电流调整单元分别与所述主控芯片的第三信号输出端和所述D类功放的第二信号输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述D类功放与所述反馈信号输入端之间还设置有滤波输出单元、整流单元和滤波单元，所述整流单元分别与所述滤波输出单元的第一信号输出端和所述滤波单元的信号输入端电连接，所述滤波输出单元的信号输入端与所述D类功放的信号输出端电连接，所述滤波单元的信号输出端与所述反馈信号输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述主控芯片还包括信号输入端，所述信号输入端与按键控制单元电连接。

5.根据权利要求4所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述主控芯片还包括显示信号输出端，所述显示信号输出端与一液晶显示器电连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述主控芯片包括AVR单片机、PIC单片机、MSP430单片机和STM32单片机。

7.根据权利要求6所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述DA控制器为12位DA转换芯片，包括12位DA转换芯片MAX7541、12位DA转换芯片TLV5616、12位DA转换芯片MAX536、12位DA转换芯片MAX5822和12位DA转换芯片TLV4613。

8.根据权利要求1所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述程控运算放大器包括基于AD603的程控运算放大器。

9.根据权利要求1所述的高精度低压交流信号源，其特征在于，所述D类功放包括D类功放TPA3116D2。