专利名称：一种正弦基准电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种正弦信号发生器，尤其涉及一种应用于铃流模块的输出电压和频率独立可调的正弦基准电路。铃流电源模块是一种小功率DC/AC逆变器，多用在通信系统和声纳系统中。铃流模块内部需要一个正弦信号源，通常采用简单且波形质量较好的文氏电桥来产生一个频率和幅值固定的正弦信号，用于控制铃流模块的输出，其传统的基于文氏电桥的正弦信号发生电路如
图1所示，在图中，基准电压Vref通过一个或者多个电阻与PI调节器的输入端相连接，作为PI调节器的基准信号，PI调节器与文氏电桥相互连接，文氏电桥的输出端可以产生一个正弦信号，为了稳定该正弦信号幅值，在文氏电桥的输出端与PI调节器的输入端之间，设置有一个反馈回路，该反馈回路由电阻R1、二极管D1、电容C1组成，二极管D1对正弦信号进行整流，由电容C1进行滤波，得到一个直流分量加到PI调节器的输入端上，PI调节器对基准信号和直流分量进行比较，产生一个误差信号，文氏电桥根据该误差信号相应调节其输出信号。文氏电桥输出的正弦信号的振荡频率由RC串并网络的阻抗来决定，RC串并网络包括电阻R51和R52、电容C51和C52。当正反馈系数大于负反馈系数时，文氏电桥自动起振，且幅值增大，反之，幅值减小。本电路中也就是通过改变负反馈系数对正弦输出进行稳幅(稳定幅值)的。
由于应用铃流模块的地域不断拓展，就面临着各个国家和地区对铃流模块输出电压和频率需求上的多元化差异。文氏电桥的振荡频率由RC串并联网络的阻抗值决定的，通过调节该阻抗即可实现对输出频率的调节。如果使用图1所示的传统文氏电桥进行调频输出，当振荡频率变化时其幅值变化较大，仅仅依靠文氏电桥自身的稳幅环节(反馈回路)是无法输出恒定幅值的，这是因为传统反馈电路采用的半波峰值检测，虽然其器件很少电路简单，但其具有比较大的非线性，输出频率变化时无法正确反映输出正弦幅值变化，因而输出幅值变化较大。通过修改电路参数虽然可使稳压精度得到一定改善，但带来输出稳定所需的时间变长的问题，在实际应用中受到很大局限。换言之，传统文氏电桥的输出信号的频率和幅值相互干扰，不能独立调节，无法实现输出信号频率和幅值的多样化。本发明要解决的技术问题是提供一种正弦基准电路，在增加了调频功能的同时，解决了因调频引起的电压变化问题，能够使正弦基准电路输出信号的频率和幅值独立可调，从而实现铃流模块的输出电压的频率和幅值独立可调，互不干扰。
本发明是通过下面的技术方案来实现的一种正弦基准电路，包括误差调节器、文氏电桥和检测电路，所述检测电路检测文氏电桥的输出信号，并反馈到误差调节器的输入端，误差调节器比较基准信号和所述输出信号，得到一个误差信号，文氏电桥根据该误差信号相应调整其输出信号；所述文氏电桥中RC串并网络的阻抗值可调节；所述检测电路包括一个全波整流电路。
本发明的进一步改进在于所述RC串并网络中的电阻为可变电阻或阻值可选的电阻单元，和/或电容为可变电容或容值可选的电容单元。
本发明的进一步改进在于所述全波整流电路包括第一电阻、第二电阻、第一运算放大器和第一二极管；所述第一电阻的一端与所述文氏电桥的输出端相连，其另一端与所述第一运算放大器的反向输入端相连，所述第一运算放大器的正向输入端接地，其输出端通过第一二极管与第二电阻的一端相连，该连接点与误差调节器的输入端相耦合，所述第二电阻的另一端连接所述第一运算放大器的反向输入端。
本发明的进一步改进在于所述检测电路还包括一个滤波电路，所述滤波电路包括第一电容和第三电阻；所述第三电阻的一端与所述第一二极管与第二电阻的连接点相连，其另一端通过第一电容接地、并与误差调节器的输入端相耦合。
本发明的进一步改进在于所述检测电路还包括第二运算放大器，所述第一电容和第三电阻的连接点接第二运算放大器的正向输入端，第二运算放大器的反向输入端与其输出端相连接，该连接点与误差调节器的输入端相耦合。
本发明的进一步改进在于所述误差调节器可以是比例积分调节器。
本发明的进一步改进在于还包括一个可调基准，所述可调基准可以调节正弦输出信号的幅值。
本发明的进一步改进在于所述基准电路包括第一可变电阻、第四电阻、第五电阻、电压基准源和直流源，所述直流源依次通过第四电阻、电压基准源的引脚1、引脚3接地，电压基准源的引脚2通过第一可变电阻接地，所述第五电阻接在电压基准源的引脚1和引脚2之间，所述电压基准源的引脚1与误差调节器的输入端相连接。
由于采用以上的技术方案，使正弦基准电路输出信号的频率和幅值独立可调，互不干扰，一方面通过改变文氏电桥中RC串并网络的阻抗值来实现频率调节，同时保持幅值基本恒定；另一方面通过改变文氏电桥的稳幅控制环直流幅值给定电压(基准电压)来实现幅值调节，同时输出频率不受影响；尤其是在频率大范围变化时，其输出稳压特性很好，当输出频率从15Hz～60Hz变化时，因频率引起的输出电压调整率小于1％，很好地满足了稳压要求。图1是传统的基于文氏电桥的正弦信号发生电路原理图。
图2是本发明的结构框图。
图3是本发明的电路原理图(一)。
图4是本发明RC串并网络中电阻网络的连接示意图(一)。
图5是本发明RC串并网络中电阻网络的连接示意图(二)。
图6是本发明RC串并网络中电容网络的连接示意图。
图7是本发明RC串并网络的连接示意图。
图8是本发明的电路原理图(二)。
图9是本发明的电路原理图(三)。
图10是本发明的电路原理图(四)。
图11是本发明检测电路中的另一种全波整流电路原理图。下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述如图2所示，本发明的正弦基准电路包括基准电路、误差调节器、文氏电桥和检测电路，基准电路用于提供一个基准电压信号，其与误差调节器的输入端相连，误差调节器的输出端与文氏电桥的输入端相连，检测电路连接在文氏电桥的输出端与误差调节器的输入端之间；检测电路检测文氏电桥的输出信号，并把该信号反馈到误差调节器的输入端，误差调节器对该信号和基准电压信号进行比较，得到一个误差信号，输出给文氏电桥，相应调节其输出信号。
在本发明中，误差调节器为PI调节器，需要指出的是其它类型的误差调节器也是可行的。
如图3所示，是本发明的电路原理图。PI调节器的输出端与文氏电桥的输入端相互连接，PI调节器包括第三运算放大器N3，第三运算放大器N3的输出端为PI调节器的输出端。
检测电路中包括整流电路、滤波电路、第二运算放大器N2，其中，整流电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器N1和第一二极管D1，滤波电路包括第一电容C1和第三电阻R3，所述第一电阻R1的一端与所述文氏电桥的输出端相连，其另一端与所述第一运算放大器N1的反向输入端相连，所述第一运算放大器N1的正向输入端接地，其输出端依次通过第一二极管D1的阴极、阳极与第二电阻R2的一端相连，所述第二电阻R2的另一端连接所述第一运算放大器N1的反向输入端；所述第三电阻R3的一端与所述第一二极管D1阳极相连，其另一端通过第一电容C1接地、该端还与第二运算放大器N2的正向输入端相连，第二运算放大器N2的反向输入端与其输出端相连接，第二运算放大器N2的输出端与PI调节器中第三运算放大器N3的正向输入端相耦合。
基准电路包括第一可变电阻RX、第四电阻R4、第五电阻R5、电压基准源U1和直流源，其中，直流源为5V，所述直流源依次通过第四电阻R4、电压基准源U1的引脚1、引脚3接地，电压基准源U1的引脚2通过第一可变电阻RX接地，所述第五电阻R5接在电压基准源U1的引脚1和引脚2之间，所述电压基准源U1的引脚1与PI调节器中第三运算放大器N3的正向输入端相耦合。这种基准电路的最大输出电压为基准电压，且为了减小输出阻抗，后端通常需要接高输入阻抗的电路，如接运放跟随器，或高输入阻抗的误差调节器。
在文氏电桥中，RC串并网络包括第十电容CAB、第十一电容CBC、第十电阻RAB和第十一电阻RBC，第十电容CAB和第十电阻RAB并联连接，第十一电容CBC、和第十一电阻RBC串联连接。第十电容CAB和第十一电容CBC的电容值可为定值，或者电容值可调(电容为可变电容或容值可选的电容单元)，第十电阻RAB和第十一电阻RBC的电阻值可为定值，或者电阻值可调(电阻为可变电阻或阻值可选的电阻单元)，但是这四个元器件的值必须至少有一个是可以调节的，才能保证RC串并网络的阻抗值可变，进而能够调节文氏电桥的输出信号频率。本发明中，电容值假设恒定，只同步改变与电容串联或并联的电阻的电阻值，电阻网络的连接形式如图4和图5所示，在图4中，第十电阻RAB和第十一电阻RBC都采用阻值可选的电阻单元，通过多路模拟开关选择通路来实现对电阻值的调节，而在图5中第十电阻RAB和第十一电阻RBC都采用可变电阻来实现，同时，电阻网络可以在文氏电桥的内部，也可以在文氏电桥的外部，图4所示虚线上部为文氏电桥内部，图5所示虚线下部为文氏电桥外部。
另外，当电容采用容值可选的电容单元时，电路图参见图6；当电阻采用可变电阻，且电容也采用可变电容时，电路图参见图7。
检测电路中，由第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器N1和第一二极管D1组成简单的全波整流电路，使用器件不多，消除了二极管导通压降对幅值检测的影响，并通过第三电阻R3和第一电容C1进行滤波，获取整流后的直流分量，相对半波整流和半波峰值检测电路来说，检测到的直流分量与实际输出正弦幅值之间线性度更好，减小了频率变化时滤波电路幅频响应的差异，最大限度地对正弦基准的幅值进行精确检测，保证输出正弦的幅值稳定。第二运算放大器N2进行阻抗匹配，有利于参数的设计和调试。
在某些场合为了减小器件的个数，图3中也可以省去第二运算放大器N2，其电路原理图参见图8，幅值检测为负向全波整流。
如图9所示，是本发明的另一个电路原理图，该电路图与图3的区别在于第一二极管D1的接法有所不同，基准电路接第三运算放大器N3的正向输入端。第一二极管D1的阳极与所述第一运算放大器N1的输出端相连接，其阴极与所述第三运算放大器N3的反向输入端相耦合；幅值检测为正向全波整流。这里也可以省去第二运算放大器N2，其电路原理图参见图10，幅值检测为正向全波整流。
另外，本发明的全波整流电路还可以是如图11所示的电路，Ui为该全波整流的输入信号，Uo为该全波整流的输出信号，该电路的优点是可以在电阻R5上并联滤波电容，可以通过更改R5来调节增益，增益可以大于1，也可以小于1。电阻匹配关系为R1＝R4，R4＝R5＝2R3，完全可以用6个等值电阻R实现，其中电阻R3可以用两个R并联。
综上所述，本发明采用全波整流对输出幅值进行检测和滤波，由于经过全波整流，被检测信号的频率是原信号的两倍(相对于半波整流和半波峰值检测电路来说)，通过较小的滤波参数就可以比较准确地检测出输出正弦的幅值，使得振荡频率在较大范围内变化时也能够比较准确的反映输出正弦幅值的变化，从而达到变频时稳幅的目的，同时也可以使输出稳定的时间大大缩短，满足实际应用的要求。
本发明能够实现对正弦基准电路输出信号的幅值和频率进行独立调节，互不影响，特别是检测电路中采用了全波整流电路，消除了二极管导通压降对幅值检测的影响，保证文氏电桥输出信号的幅值稳定，即通过全波整流和滤波获取准确的幅值进行反馈，实现不同频率时的幅值稳定；通过调节文氏电桥RC串并网络阻抗来实现频率选择，RC串并网络的阻抗可灵活调节，操作方便，满足了文氏电桥输出信号的频率多元化的要求。
权利要求
1.一种正弦基准电路，包括误差调节器、文氏电桥和检测电路，所述检测电路检测文氏电桥的输出信号，并反馈到误差调节器的输入端，误差调节器比较基准信号和所述输出信号，得到一个误差信号，文氏电桥根据该误差信号相应调整其输出信号；其特征在于所述文氏电桥中RC串并网络的阻抗值可调节；所述检测电路包括一个全波整流电路。
2.根据权利要求1所述的一种正弦基准电路，其特征在于所述RC串并网络中的电阻为可变电阻或阻值可选的电阻单元，和/或电容为可变电容或容值可选的电容单元。
3.根据权利要求1所述的一种正弦基准电路，其特征在于所述全波整流电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一运算放大器(N1)和第一二极管(D1)；所述第一电阻(R1)的一端与所述文氏电桥的输出端相连，其另一端与所述第一运算放大器(N1)的反向输入端相连，所述第一运算放大器(N1)的正向输入端接地，其输出端通过第一二极管(D1)与第二电阻(R2)的一端相连，该连接点与误差调节器的输入端相耦合，所述第二电阻(R2)的另一端连接所述第一运算放大器(N1)的反向输入端。
4.根据权利要求1所述的一种正弦基准电路，其特征在于所述检测电路还包括一个滤波电路，所述滤波电路包括第一电容(C1)和第三电阻(R3)；所述第三电阻(R3)的一端与所述第一二极管(D1)与第二电阻(R2)的连接点相连，其另一端通过第一电容(C1)接地、并与误差调节器的输入端相耦合。
5.根据权利要求4所述的一种正弦基准电路，其特征在于所述检测电路还包括第二运算放大器(N2)，所述第一电容(C1)和第三电阻(R3)的连接点接第二运算放大器(N2)的正向输入端，第二运算放大器(N2)的反向输入端与其输出端相连接，该连接点与误差调节器的输入端相耦合。
6.根据权利要求1所述的一种应用于铃流模块的正弦基准电路，其特征在于所述误差调节器可以是比例积分调节器。
7.根据权利要求1所述的一种正弦基准电路，其特征在于还包括一个可调基准，所述可调基准可以调节正弦输出信号的幅值。
8.根据权利要求7所述的一种正弦基准电路，其特征在于所述基准电路包括第一可变电阻(RX)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、电压基准源(U1)和直流源，所述直流源依次通过第四电阻(R4)、电压基准源(U1)的引脚1、引脚3接地，电压基准源(U1)的引脚2通过第一可变电阻(RX)接地，所述第五电阻(R5)接在电压基准源(U1)的引脚1和引脚2之间，所述电压基准源(U1)的引脚1与误差调节器的输入端相连接。
全文摘要
本发明公开了一种正弦基准电路，涉及一种应用于铃流模块的输出电压和频率独立可调的正弦基准电路，包括误差调节器、文氏电桥和检测电路，所述检测电路检测文氏电桥的输出信号，并反馈到误差调节器的输入端，误差调节器比较基准信号和所述输出信号，得到一个误差信号，文氏电桥根据该误差信号相应调整其输出信号；所述文氏电桥中RC串并网络的阻抗值可调节；所述检测电路包括一个全波整流电路。本发明在增加了调频功能的同时，解决了因调频引起的电压变化问题，能够使其输出信号的频率和幅值独立可调，从而实现铃流模块的输出电压的频率和幅值独立可调，互不干扰。
文档编号H03B5/00GK1805269SQ200610033188
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月23日 优先权日2006年1月23日
发明者白丹, 张昌盛 申请人:艾默生网络能源有限公司