JPH03190405A - 交流信号発生装置 - Google Patents

交流信号発生装置

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JPH03190405A
JPH03190405A JP1330479A JP33047989A JPH03190405A JP H03190405 A JPH03190405 A JP H03190405A JP 1330479 A JP1330479 A JP 1330479A JP 33047989 A JP33047989 A JP 33047989A JP H03190405 A JPH03190405 A JP H03190405A
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    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L5/00Automatic control of voltage, current, or power

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  • Power Engineering (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えば10Hz〜40MHzの周波数の定電
圧又は定電流の交流信号を分解能1 ppm程度で発生
する交流信号発生装置に関する。
「従来の技術」 従来の定電圧交流信号発生装置は第4図に示すように、
交流信号源11より設定した電圧V、の交流信号を発生
し、これを差動増幅器12へ供給し、その差動増幅器1
2の出力を出力端子13を通じて負荷14へ供給し、負
荷14の電圧を端子15を通じて差動増幅器12へ負帰
還して、負荷14に設定電圧■1が印加されるようにし
ていた。
あるいは第5図に示すように交流信号1lJX11より
交流信号を発生し、これを、サーミスタのような感熱抵
抗素子又はCdSのような感光抵抗素子、或いは磁気抵
抗素子などの可変抵抗素子16を通じて演算増幅器17
の反転入力端へ供給し、′演算増幅器17の非反転入力
端を接地し、反転入力端と出力端とを負帰還抵抗器18
で接続し、演算増幅器17の出力を出力端子13を通じ
て負荷14へ供給し、負荷14の電圧V、を端子15を
通じて出力検出回路19へ供給し、出力検出回路19で
負荷電圧■3の絶対値1■、1をとり、その平均値を出
力し、その平均値と基準電圧■、とを比較回路21で比
較し、その比較出力で可変抵抗素子16の抵抗値を制御
して、負荷電圧(振幅)の平均値が基準電圧V、となる
ようにしていた。
[発明が解決しようとする課題」 第4図の従来装置では差動増幅器12の入力側が仮想接
地状態にならないため、歪が大きくなり、また動作点が
変ると歪が変化する。更に差動増幅器I2と負荷I4と
の間の距離が大きいと、差動増幅器12の出力端子13
からその反転入力端までの信号位相遅れが大きくなり、
正帰還となって発振するおそれが生じ、高周波(10に
Hz以上)では使用できない。
第5図に示した装置では可変抵抗素子16の抵抗値を制
御する方式であるが、この可変抵抗素子16は入力電圧
に対する出力電流特性が非線形であるため、信号歪が大
きくなり、基本波で一40dB程度もある。出力検出回
路19での絶対値IV。
を平均値に変換する速度は速いが、高い周波数(100
kHz以上)では絶対値1v81を得る回路の精度が得
られない。絶対値1■五 1を得て平均値を求める回路
を熱平衡ブリッジで構成した場合は高い周波数まで高い
精度が得られるが、応答速度が遅い。
「課題を解決するための手段」 この発明によれば設定した周波数のデジタル正弦波信号
を発生し、そのデジタル正弦波信号をD^変換器でアナ
ログ正弦波信号に変換して、出力するデジタル直接周波
数シンセサイザが用いられ、そのデジタル直接周波数シ
ンセサイザの出力電圧又は出力電流の平均値又は実効値
、或は最大値が出力検出回路で検出され、その出力検出
回路の検出出力と基準値とが比較回路で比較され、その
差に応じてこれがゼロになるように上記DA変換器の基
準電圧が負帰還制御される。出力検出回路の入力側にサ
ンプルホールド回路が挿入され、低い周波数の信号に変
換されて出力検出回路へ供給される。
「実施例」 第1図にこの発明の実施例を示す。この発明ではデジタ
ル直接周波数シンセサイザ22が設けられる。デジタル
直接周波数シンセサイザ22はデジタル正弦波発生部2
3で設定された周波数のデジタル正弦波信号が発生され
、そのデジタル正弦波信号はDA変換器24でアナログ
正弦波信号に変換され、このアナログ正弦波信号は低域
通過ろ波器25に通されて波形補間、つまり滑らかな波
形とされ、その出力は増幅器26で増幅され、出力端子
13を通じて負荷14へ供給される。負荷14の電圧が
端子15より取出され、周波数変換器27で低い周波数
の信号に変換され、その変換された信号は出力検出回路
19で平均値又は実効値、或は最大値が検出される。例
えば入力信号の絶対値が作られ、その絶対値から平均値
が求められ、従来技術と同様の構成とすることができ、
例えば演算増幅器を用いて構成される。出力検出回路1
9の検出出力は比較回路21で基準源28の基準電圧■
、と比較され、これらの差に応じてDA変換器24の基
準電圧が負帰還@御される。つまりDA変換器24のア
ナログ正弦波信号出力の振幅はDA変換器24の基準電
圧に比例するが、比較回路21の出力でDA変換器24
の基準電圧を制御して比較回路21の出力がゼロになる
ようにされる。従って端子15の負荷電圧の平均値が基
準電圧V。と等しくなる。
次に第2図を参照して更に具体的なこの発明の詳細な説
明する。デジタル直接周波数シンセサイザ22において
は基準発振器29からの周波数f0のクロック信号が周
波分周器31で分周比設定器32により設定されたm分
の1に周波数分周され、クロックとしてフェイズアキュ
ムレータ(累積加算器)33へ供給される。フェイズア
キエムレータ33はクロックが入力されるごとに位相増
加量設定器34で設定された値nが累積加算され、その
結果をにビットのデータ35として出力する。このデー
タ35は正弦波波形の各サンプル点の振幅値を記憶した
正弦波メモリ36にアドレスとして供給され、このメモ
リ36が読み出され、その読み出し出力は周波数分周器
31の出力クロックでラッチ37にラッチされる。ラッ
チ37からデジタル正弦波信号38が得られる。このデ
ジタル正弦波信号38の周期はm・2” / (fo・
n)であり、この値は分周比設定器32の設定値mと位
相増加量設定器34の設定値nとにより決まる。デジタ
ル正弦波信号3日はDA変換器24でアナログ正弦波信
号に変換される。
39へ供給されてそれぞれ正弦波電圧に変換される。正
弦波電流が大振幅の時はスイッチ41.42をオフとし
て変換抵抗値を大とし、小振幅の時はスイッチ41.4
2をオンとして変換抵抗値を小とする。これら変換され
た正弦波電圧は直流除去回路43で互いに引算されて直
流分が除去され、交流分の振幅が2倍とされる。この交
流分のみの正弦波信号は低域通過ろ波器25を通じて増
幅器26へ供給される。増幅器26は利得を変更できる
ようにされており、増幅器26の出力端子13hの出力
電圧と負荷14の端子15hの負荷電圧との差が大きい
時はスイッチ44をオフとして高利得とし、出力電圧と
負荷電圧との差が小さい時はスイッチ44をオンとして
低利得とする。
増幅器26の出力端は抵抗器44を通じて出力端子13
hに接続され、抵抗器45と並列にスイッチ46.47
をそれぞれ通じて抵抗器48.49が接続され、定イン
ピーダンスモードで使用する場合の出力インピーダンス
の切替えや、出力端子13hでの定電流モード動作時の
電流検出抵抗値の切替えのためにスイッチ46.47が
オン、オフされる。出力端子13hはケーブル51を通
じて負荷14の一端に接続され、負荷14の他端はケー
ブル52を通じて低圧側出力端子131に接続される。
低圧側出力端子13I!はスイッチ53を通して接地さ
れると共にスイッチ54を通じて電流電圧変換器55に
接続される。抵抗器45の両端はそれぞれ高入力インピ
ーダンスのバッファ56゜57を通して差動増幅器58
に接続され、その増幅器26側に接続されたバッファ5
6と差動増幅器58との間にスイッチ59が挿入されて
いる。
負荷14の両端の端子15h、15fはそれぞれ高入力
インピーダンスのバッファ61.62を通じて差動増幅
器63に接続される。切替スイッチ64により差動増幅
器58の出力側aと、電流電圧変換器55の出力側すと
、差動増幅器63の出力側Cとを周波数変換器としての
サンプルホールド回路27に切替え接続することができ
る。
基準発振器29の出力クロック信号が周波数分周器65
で分周比設定器66の設定値2分の1に周波数分周され
、その分周出力はサンプルパルス発生器67で立上り微
分されてサンプルパルスが作られ、この一定パルス幅で
周波数f□=「。/pのサンプルパルスによりサンプル
ホールド回路27でその人力(8号がサンプルホールド
される。サンプルホールド回路27の出力は出力検出回
路19で絶対値がとられた後、平均値が求められる。そ
の平均値を求める回路の時定数は、例えば出力検出回路
19の入力信号の周波数f、が10Hzで1秒、100
Hzで0.1秒、1 k)lx以上で0.01秒程度に
、スイッチ68.69のオン、オフで設定される。出力
検出回路19の出力は比較回路21で基準源28の基準
電圧■1と比較される。比較回路21には発振が生じな
いようにオープンループの位相補償を行うため抵抗器7
1,72、コンデンサ73が接続されている。基準源2
8は出力レベル設定器74で設定された値りがDA変換
器75でアナログ電圧に変換され、その出力が分圧され
て基準電圧■。として比較回路21へ供給される。
比較回路21の出力とDA変換器75の出力とがスイッ
チ76で切替えられてDA変換器24の基準電圧端子へ
供給される。定インピーダンス出力モードで使用する場
合はスイッチ76はDA変換器75の出力側に接続され
、定電圧又は定電流モトで伏用COや場合は菖イア17
0は比較回路21の出力側に接続される。
出力端子13hを定電圧とする場合はスイッチ53をオ
ン、54をオフ、スイッチ59をオフとし、切替スイッ
チ64をa側とし、スイッチ76を比較回路21側とす
る。この時出力端子13hの出力電圧が差動増幅器58
より出力され、この電圧が切替スイッチ64を通じてサ
ンプルホールド回路27へ供給され、出力検出回路19
の出力が基準電圧■、と等しくなるような電圧が出力端
子13hに得られる。出力端子13hの出力電流(負荷
電流とケーブル51の漏れ1i流との和)を定電流とす
る場合は、上述においてスイッチ59をオンとする。こ
の時、抵抗器45の両端間電圧、つまり出力端子13h
を流れる電流と対応した電圧が差動増幅器58の出力に
得られ、これがサンプルホールド回路27へ供給されて
、出力端子13hの出力電流が一定値に保持される。
負荷電流を定電流とする場合は、スイッチ53をオフと
し、スイッチ54をオンとし、切替スイッチ64をb側
とし、スイッチ76を比較回路21側とする。この時、
電流電圧変換器550入力端は仮想接地となり、これに
負荷14を流れた電流が供給され、この負荷電流が電圧
に変換されてサンプルホールド回路27へ供給され、負
荷電流が一定値に保持される。電流電圧変換器55はス
イッチ77.78で変換利得を変更できる。負荷14の
両端間電圧(ケーブルに影響されない電圧)を一定値と
する場合は、切替スイッチ64をC側とし、スイッチ7
6を比較回路21側とする。この時、差動増幅器63か
ら負荷14の両端間電圧が得られ、これがサンプルホー
ルド回路27へ供給され、負荷14の両端間電圧が一定
値に保持される。
切替スイッチ79により差動増幅器58の出力側aと、
電流電圧変換器55の出力側すと、差動増幅器63の出
力側Cとをサンプルホールド回路81に切替え接続する
ことができるようにされ、サンプルホールド回路81で
その入力がサンプルパルス発生器67のサンプルパルス
によりサンプルホールドされて低周波数の信号に変換さ
れ、サンプルホールド回路81の出力は出力検出回路1
9と同一構成の出力検出回路82へ供給され、出力検出
回路82の出力はAD変換器83でデジタル値に変換さ
れ、そのデジタル値は表示器84へ供給される。各種ス
イッチの設定により、出力端子13hの電圧又は電流、
負荷電流、負荷電圧を表示器84に表示させることがで
きる。
次にサンプルホールド回路27.81における周波数変
換動作について説明する。負荷14へ供給する交流信号
の周波数r oscは前述したようにNはゼロを含む整
数である。
この結果、r、はO≦fs <fss/2に変換され、
振幅は入力と同一である0例えばf。=102.4MI
IZ、m=1.に=16とし1. =1000 (固定
)でf 5s==102.4 k)lxとなり、設定さ
れるnにより、f OICは下記のようにfsに変換さ
れる。
m ・ 2k m、 n (共に整数)を調整して目的の周波数とする
。サンプリング周波数f3Hはf。/p(Hz)であり
、foを固定としてp(整数)を調整して目的のサンプ
リングを行う、foscに対しfsMの分解能は非常に
粗い。サンプルホールド回路27.81で周波数変換さ
れて出力される信号の周波数fsは次のようになる。
(A) N・rsn  5rosc < (N+   
 )  ・fs++の場合はfs = fosc  N
−fsn(B)  (N +     ) ・f s、
I< f osc  ≦(N+ 1) ・f s++の
場合ばrs = (N+1) ・fsn−f+sc出力
検出回路19の検出精度が良く、かつ応答速度が速い動
作周波数と変換周波数f、とがほぼ一致するように、r
 oscに応じてf□を変化させた方がよい。
サンプルホールド回路27の振幅のダイナミックレンジ
が狭い場合は第3図に示すように、小振幅入力の場合は
増幅器79でAdB増幅してサンプルホールド回路27
へ供給し、サンプルホールド回路27の出力を減衰器8
1でAdB[衰させて、出力検出回路19へ供給し、大
振幅入力の場合は減衰器82でBdB減衰してサンプル
ホールド回路27へ供給し、サンプルホールド回路27
の出力を増幅器83でBdB増幅して出力検出回路19
へ供給する。
上述では出力検出回路19で平均値を検出したが、入力
を自乗し、その出力を平均し、その出力を開平して実効
値を検出してもよい、あるいは絶対値回路へ通した後、
又は通すことなく、ピークホールド回路へ通して入力の
最大値を検出してもよい。
「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によればデジタル直接周波数
シンセサイザを用い、デジタル正弦波信号をDA変換器
24でアナログ正弦波信号に変換しているため、歪が少
なく、DA変換器24が8ビツトの場合は歪は一50d
B、程度、13ビツトの場合は一80dBc程度に過ぎ
ない、またデジタル直接周波数シンセサイザを用いてい
るため、周波数のセトリング時間が短かく、1μ秒程度
である。低い周波数(100kHz以下)に変換した後
、出力検出回路19へ供給しているため、広い周波数範
囲(10Hz〜40 MHz)で高い精度(0,1%〜
1%)が得られる。更にデジタル直接周波数シンセサイ
ザを用い、つまりフェイズアキュムレータ33と正弦波
メモリ36を用いているため、周波数分解能が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
その更に具体化した例を示すブロック図、第3図はダイ
ナミックレンジが狭いサンプルホールド回路で広いダイ
ナミックレンジの入力信号を周波数変換するための構成
例を示すブロック図、第4図及び第5図はそれぞれ従来
の交流信号発生装置を示すブロック図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)設定した周波数のデジタル正弦波信号を発生し、
    そのデジタル正弦波信号をDA変換器でアナログ正弦波
    信号に変換して出力するデジタル直接周波数シンセサイ
    ザと、 そのデジタル直接周波数シンセサイザの出力電圧又は出
    力電流の平均値又は実効値或は最大値を検出する出力検
    出回路と、 その出力検出回路の検出出力と基準値とを比較し、その
    差に応じてこれがゼロになるように上記DA変換器の基
    準電圧を負帰還制御する比較回路とを有する交流信号発
    生装置。
  2. (2)上記出力検出回路の入力側に挿入され、その入力
    信号をそれよりも低い周波数の信号に変換して出力する
    サンプルホールド回路を有することを特徴とする請求項
    1記載の交流信号発生装置。
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