一种精密同步函数发生电路的制作方法

本实用新型属于精密加工控制电路技术领域，涉及一种精密同步函数发生电路。

背景技术：

具有多种波形输出的ICL8038精密振荡集成电路可以作为振荡源产生正弦波，通过电容隔直耦合进行功率放大输出正弦波，但是将其作为激励源与螺旋滑动式变压器等传感器配套使用，产生精密位置检测电路的输入位置信号。目前市场上还没有类似的产品。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题在于提供一种精密同步函数发生电路，输出交流信号的同时，驱动零交叉检测比较电路产生同步的方波信号输出。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种精密同步函数发生电路，包括：

振荡器，通过精密振荡集成电路产生正弦波信号；

耦合器，振荡器产生的正弦波信号经耦合器发送给推挽功率放大器；

推挽功率放大器，接收耦合器发送的信号进行放大，提升输出电流及输出功率；

零交叉检测比较电路，接收推挽功率放大器发送的信号，产生同步的方波信号输出。

所述的振荡器是采用ICL8038精密振荡集成电路，其正弦波失真度调节的12脚经功能调整电阻Rw1与电源Vee相连接、经电阻R1接地；其正弦波对称调节的4脚、5脚分别经电阻R3*、电阻R2*与电源Vee相连接；其10脚通过电容Ct接地；其输出正弦波的2脚连接作为耦合器的耦合电容C2。

所述振荡器的输出频率由R3*、R2*及Ct决定，当R2*＝R3*＝R时，振荡频率fo＝0.3/RCt。

所述的推挽功率放大器由NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2构成两个对称的射极输出器对接而成；三极管Q1、三极管Q2的基极分别连接输入信号，集电极分别连接正负电源，输出端分别与零交叉检测比较电路相连接；

在三极管Q1的集电极设有克服交越失真的电阻R7、二极管D1；在三极管Q2的集电极设有克服交越失真的电阻R8、二极管D2；

在三极管Q1的集电极窜入限流电阻R9、补偿电容C3；在三极管Q2集电极窜入限流电阻R10、补偿电容C4。

所述的推挽功率放大器静态时：三极管Q1、Q2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；

动态时：输入信号加入正弦信号，正半周三极管Q2截止，三极管Q1基极电位提高，导通状态；负半周三极管Q1截止，三极管Q2基极电位提高，导通状态。

在耦合器与推挽功率放大器之间还连接有放大量反馈电路；包括比较器U1B，其正相输入端与耦合器相连接，还经电阻R4接地；其反相输入端经电阻R6接地，经电阻R5、外接电阻Rw2与第一输出端Vo1相连接；其输出端与推挽功率放大器相连接。

推挽功率放大器的最大输出功率及效率为：

负载上得到的最大功率为：Pomax＝Vcc²/2RL

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:

Iav1＝Vcc/πRL；

Iav2＝Vcc/πRL；

两个电源提供的总功率为：PE＝PE1+PE2＝2Vcc²/πRL；

Pomax＝Vcc²/2RL；

PE＝PE1+PE2＝2Vcc²/πRL；

效率为：η＝Pomax/PE＝π/4＝78.5％；

推挽功率放大器的输出为Vo1＝〔1+(R5+Rw2)/R6〕*IaV1。

零交叉检测比较电路包括比较器U1A，其正相输入端经电阻R12分别与推挽功率放大器输出端、第一输出端Vo1相连接，其反相输入端经电阻R11接地，其输出端与第二输出端Vo2相连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型产品采用了精密振荡器、耦合器、功率放大器及零交叉检测比较电路，通过功能调的方式使输出波形正半周和负半周非常对称，用推挽放大提升输出功率，通过外接电位器(Rw2)实现增益可调节，输出交流信号的同时，驱动零交叉检测比较电路产生同步的方波信号输出；本实用新型提高了电路集成度，使其具有体积小、功耗低、寄生因素少和抗干扰性能强的优点，通过产品测试和用户大批量使用，验证了电路的可行性和可靠性。

本实用新型也可用于其他领域，如各类机床、重型机械、机械试验等具有位置设定及检测的场所。因此，随着本项目的技术移植和推广应用，将对机械加工设备运行安全，对操作人身的工作强度、提高劳动生产率带来良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为精密同步函数发生电路原理框图；

图2为精密同步函数发生电路原理图；

图3为振荡器电路连接示意图；

图4为推挽功率放大器的三极管连接示意图；

图5为交越失真产生示意图；

图6为克服交越失真的支路连接示意图；

图7为电源提供的总功率示意图；

图8为推挽功率放大器整体电路连接示意图；

图9为零交叉检测比较电路连接示意图；

图10为输入、输出波形转换示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1、图2，精密同步函数发生电路，其特征在于，包括：

振荡器，通过精密振荡集成电路产生正弦波信号；

耦合器，振荡器产生的正弦波信号经耦合器发送给推挽功率放大器；

推挽功率放大器，接收耦合器发送的信号进行放大，提升输出电流及输出功率；

零交叉检测比较电路，接收推挽功率放大器发送的信号，产生同步的方波信号输出。

参见图3，所述的振荡器是采用ICL8038精密振荡集成电路，其正弦波失真度调节的12脚经功能调整电阻Rw1与电源Vee相连接、经电阻R1接地；其正弦波对称调节的4脚、5脚分别经电阻R3*、电阻R2*与电源Vee相连接；其10脚通过电容Ct接地；其输出正弦波的2脚连接作为耦合器的耦合电容C2。

参见图4-图8，所述的推挽功率放大器由NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2构成两个对称的射极输出器对接而成；三极管Q1、三极管Q2的基极分别连接输入信号，集电极分别连接正负电源，输出端分别与零交叉检测比较电路相连接；

在三极管Q1的集电极设有克服交越失真的电阻R7、二极管D1；在三极管Q2的集电极设有克服交越失真的电阻R8、二极管D2；

在三极管Q1的集电极窜入限流电阻R9、补偿电容C3；在三极管Q2集电极窜入限流电阻R10、补偿电容C4。

参见图2，在耦合器与推挽功率放大器之间还连接有放大量反馈电路；包括比较器U1B，其正相输入端与耦合器相连接，还经电阻R4接地；其反相输入端经电阻R6接地，经电阻R5、外接电阻Rw2与第一输出端Vo1相连接；其输出端与推挽功率放大器相连接。

参见图9，零交叉检测比较电路包括比较器U1A，其正相输入端经电阻R12分别与推挽功率放大器输出端、第一输出端Vo1相连接，其反相输入端经电阻R11接地，其输出端与第二输出端Vo2相连接。

下面结合实施例及附图对本实用新型进一步说明。

参见图1、图2，精密同步函数发生电路主要由精密振荡器、耦合器、功率放大器及双限比较器组成，其基本组成如下：

(1)精密振荡电路

该芯片(ICL8038精密振荡集成电路)基本应用电路如图3图所示，其输出频率由R2*、R3*及Ct决定。当R2*＝R3*＝R时,振荡频率fo＝0.3/RCt；

在连接时提出以下要求：

①、选用电阻R2*、R3*及Ct的温度特性要好。

②、外部电源应稳定。

③、应选用高精度电阻，R2*＝R3*＝10K,电容应选用漏电小、质量好的非极化电容器，Ct＝3300pF。

fo＝0.3/RCt

＝0.3/(10×10³×3300×10¹²)

＝9.0909Hz

④、功能调整电阻Rw1，可改变输出正负波形的对称性。

(2)隔直耦合电路

由于振荡源是单电源供电，输出波形有直流成分，因此需要耦合电容进行隔离耦合，才能达到预期的效果。C2＝0.033u/50V

(3)推挽放大电路

A、工作原理(设ui为正弦波)

参见图4，由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成，双电源供电，输入输出端不加隔直电容(参见图4)。

输入信号ui在过零前后，输出信号出现的失真变为交越失真(参见图5)。

B、交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，ui<uT时晶体管截止。

克服交越失真的措施：电路中增加R1、D1、D2、R2支路(参见图6)。

静态时:Q1、Q2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；

动态时：设ui加入正弦信号。正半周Q2截止，Q1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周Q1截止，Q2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。

C、最大输出功率及效率的计算

假设ui为正弦波且幅度足够大，Q1、Q2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。Vcc＝︱Vee︱

若忽略晶体管的饱和压降，则负载(RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：

ULmax＝Vcc ILmax＝Vcc/RL

负载上得到的最大功率为：

Pomax＝Vcc²/2RL

电源提供的直流平均功率计算：

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:

Iav1＝Vcc/πRL

Iav2＝Vcc/πRL

两个电源提供的总功率为(参见图7)：

PE＝PE1+PE2＝2Vcc²/πRL

Pomax＝Vcc²/2RL

PE＝PE1+PE2＝2Vcc²/πRL

效率为：

η＝Pomax/PE＝π/4＝78.5％

参见图8为了确保功率放大安全工作，在Q1、Q2集电极窜入限流电阻R9、R10，C3、C4为补偿电容，使输出正弦波满足技术要求。输出电压如下

Vo1＝〔1+(R5+Rw2)/R6〕*IaV1

(4)零交叉检测比较电路

零交叉检测比较电路，接收推挽功率放大器发送的信号，产生同步的方波信号输出。要求正弦波输入电压峰值Vo1≥0.4V

参见图10，上图为零交叉检测比较电路接收推挽功率放大器发送的正弦波信号(同时为第一输出端Vo1的输出信号)，下图为经零交叉检测比较电路产生同步的方波信号，即为第二输出端Vo2的输出信号。

本实用新型通过功能调的方式使输出波形正半周和负半周非常对称，用推挽放大提升输出功率，通过外接电位器Rw2实现增益可调节，输出交流信号的同时，驱动零交叉检测比较电路产生同步的方波信号输出以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。