專利名稱：多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種多階多參可調(diào)的電氣負(fù)載裝置。
背景技術(shù)：
人們?cè)谶M(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)遇到未知的負(fù)載，而通常未知負(fù)載的特性會(huì)影響 電路前端的信源品質(zhì)，造成電路的設(shè)計(jì)效果與實(shí)際電路的應(yīng)用結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。為了 解決這個(gè)問(wèn)題，人們用了多種多樣的電路來(lái)模擬負(fù)載。而傳統(tǒng)的電氣負(fù)載主要分為電阻負(fù) 載、電感負(fù)載、電容負(fù)載，以及各種阻性元件、感性元件、容性元件組成的混合負(fù)載。傳統(tǒng)的 解決方式都是設(shè)計(jì)人員事先有針對(duì)性的對(duì)負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)算，搭接出一個(gè)模擬負(fù)載，使其能夠 模擬未知負(fù)載。但這些電路都只能針對(duì)有限的負(fù)載，其應(yīng)用領(lǐng)域單一。 現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是沒(méi)有一種模擬負(fù)載裝置同時(shí)具備多種一階、二階甚至三階負(fù) 載的多種參數(shù)的模擬功能，只能針對(duì)有限的負(fù)載，其應(yīng)用領(lǐng)域單一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，能夠同時(shí)具備多種一階、 二階負(fù)載的多種參數(shù)的模擬功能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明表述一種多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，其關(guān)鍵在于設(shè)置 有模擬元件電路和開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器，其中，模擬元件電路由電阻組電路、電容組電路、電感 組電路、第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)組成，所述電阻組電路并聯(lián)有m個(gè)電阻，每個(gè)電阻的 前端分別串聯(lián)一個(gè)電阻開(kāi)關(guān)后與輸入正端連接，m個(gè)電阻的后端連接所述電感組電路；
所述電感組電路并聯(lián)有n個(gè)電感，每個(gè)電感的前端分別串聯(lián)一個(gè)電感開(kāi)關(guān)后與所 述電阻組電路連接，n個(gè)電感的后端連接所述電容組電路； 所述電容組電路并聯(lián)有k個(gè)電容，每個(gè)電容的前端分別串聯(lián)一個(gè)電容開(kāi)關(guān)后與所 述電感組電路連接，k個(gè)電容的后端接輸入負(fù)端，該輸入負(fù)端與輸出負(fù)端連接；
所述電阻組電路的m個(gè)電阻后端與輸出正端之間連接所述第一切換開(kāi)關(guān)；所述電 感組電路的n個(gè)電感后端與輸出正端之間連接所述第二切換開(kāi)關(guān)； 所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器設(shè)置有第一切換開(kāi)關(guān)控制端、第二切換開(kāi)關(guān)控制端、m個(gè)電阻 控制端、n個(gè)電感控制端和k個(gè)電容控制端，分別連接所述第一切換開(kāi)關(guān)、第二切換開(kāi)關(guān)，以 及所述電阻組電路中的m個(gè)電阻開(kāi)關(guān)、電感組電路中的n個(gè)電感開(kāi)關(guān)和電容組電路中的k 個(gè)電容開(kāi)關(guān)。 傳統(tǒng)的電氣負(fù)載主要是由電阻、電感或電容組成，即我們平常所說(shuō)的RL、 RC、 RLC 電路。對(duì)于RL電路，其時(shí)間常數(shù)為t = L/R ;RC電路，其時(shí)間常數(shù)為t = RC ;RLC電路，其
自然頻率為^ = 1 /# 、阻尼系數(shù)為《=i / 。其中，RL電路和RC電路是典型的一階
負(fù)載，RLC電路是典型的二階負(fù)載，通過(guò)改變這些電路的參數(shù)便可改變負(fù)載的特性，而這些 參數(shù)又由R、L和C決定，于是通過(guò)改變R、L、C的值就可以改變負(fù)載特性。本發(fā)明以此為基 礎(chǔ)提出。
本發(fā)明還可以不直接修改模擬元件電路中電阻、電容、電感的值，而是由開(kāi)關(guān)時(shí)間
控制器來(lái)控制電阻開(kāi)關(guān)、電容開(kāi)關(guān)、電感開(kāi)關(guān)以及第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周
期。通過(guò)第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或斷開(kāi)，來(lái)切換模擬負(fù)載的階數(shù)，從而使本發(fā)
明能夠模擬多階負(fù)載；通過(guò)電阻開(kāi)關(guān)、電容開(kāi)關(guān)、電感開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或斷開(kāi)，來(lái)調(diào)節(jié)連入電路
中的電阻、電容、電感的值，從而擴(kuò)大本發(fā)明模擬的負(fù)載特性范圍，對(duì)負(fù)載進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。通過(guò)
開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器對(duì)上述開(kāi)關(guān)的控制，本發(fā)明不僅可以模擬參數(shù)可調(diào)的一階負(fù)載特性，還可
以模擬參數(shù)可調(diào)的二階負(fù)載特性，實(shí)現(xiàn)多階多參數(shù)的負(fù)載特性的模擬。 所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器可以是單片機(jī)，也可以是單板機(jī)，也可以是可編程控制器。 本發(fā)明還設(shè)置有補(bǔ)償電路，所述補(bǔ)償電路由補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償開(kāi)關(guān)組成，補(bǔ)償電阻
的前端串接補(bǔ)償開(kāi)關(guān)后連接輸入正端，補(bǔ)償電阻的后端與所述電阻阻電路中的m個(gè)電阻后
端連接；所述補(bǔ)償開(kāi)關(guān)還連接所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器的補(bǔ)償開(kāi)關(guān)控制端。 所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器用來(lái)控制補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期和導(dǎo)通占空比。補(bǔ)償電路的作
用是對(duì)模擬負(fù)載進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)，使得本發(fā)明能夠模擬一定負(fù)載檔內(nèi)的任意負(fù)載。 本發(fā)明的顯著效果是在不需要直接調(diào)節(jié)電路中電阻、電容、電感值的情況下，不
僅可以模擬參數(shù)可調(diào)的一階負(fù)載特性，還可以模擬參數(shù)可調(diào)的二階負(fù)載特性，同時(shí)具備多
種一階、二階負(fù)載的多種參數(shù)的模擬功能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。


圖1為本發(fā)明的電路連接圖；
圖2為實(shí)施例1的電路連接圖； 圖3為實(shí)施例1的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. Ols，導(dǎo)通 占空比分別為1%、10%、50%和99% ; 圖4為已知傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)與實(shí)施例1模擬的單位階躍響應(yīng)曲線的對(duì)比 圖，其中傳遞函數(shù)為GO卜^，補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. 001s，導(dǎo)通占空比為1.2% ;
圖5為實(shí)施例2的電路連接圖； 圖6為實(shí)施例2的單位階躍響應(yīng)曲線圖，其中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0.001s，導(dǎo)通 占空比分別為1%、50%、70%和99% ; 圖7為已知傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)與實(shí)施例2模擬的單位階躍響應(yīng)曲線的對(duì)比
圖，其中傳遞函數(shù)為^0) = ^r~i5-^ ，補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. OOls，導(dǎo)通占空
比為93%。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1 : 如圖1所示一種多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，設(shè)置有模擬元件電路1、開(kāi)關(guān)時(shí)間 控制器2和補(bǔ)償電路3，其中，模擬元件電路1由電阻組電路、電容組電路、電感組電路、第一 切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)組成，所述電阻組電路并聯(lián)有m個(gè)電阻，每個(gè)電阻的前端分別串聯(lián)一個(gè)電阻開(kāi)關(guān)后與輸入正端連接，m個(gè)電阻的后端連接所述電感組電路。 所述電感組電路并聯(lián)有n個(gè)電感，每個(gè)電感的前端分別串聯(lián)一個(gè)電感開(kāi)關(guān)后與所
述電阻組電路連接，n個(gè)電感的后端連接所述電容組電路。 所述電容組電路并聯(lián)有k個(gè)電容，每個(gè)電容的前端分別串聯(lián)一個(gè)電容開(kāi)關(guān)后與所
述電感組電路連接，k個(gè)電容的后端接輸入負(fù)端，該輸入負(fù)端與輸出負(fù)端連接。 所述電阻組電路的m個(gè)電阻后端與輸出正端之間連接所述第一切換開(kāi)關(guān)；所述電
感組電路的n個(gè)電感后端與輸出正端之間連接所述第二切換開(kāi)關(guān)。 所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2設(shè)置有第一切換開(kāi)關(guān)控制端、第二切換開(kāi)關(guān)控制端、m個(gè)電 阻控制端、n個(gè)電感控制端和k個(gè)電容控制端，分別連接所述第一切換開(kāi)關(guān)、第二切換開(kāi)關(guān)， 以及所述電阻組電路中的m個(gè)電阻開(kāi)關(guān)、電感組電路中的n個(gè)電感開(kāi)關(guān)和電容組電路中的 k個(gè)電容開(kāi)關(guān)。 所述補(bǔ)償電路3由補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償開(kāi)關(guān)組成，補(bǔ)償電阻的前端串接補(bǔ)償開(kāi)關(guān)后連 接輸入正端，補(bǔ)償電阻的后端與所述電阻阻電路中的m個(gè)電阻后端連接；所述補(bǔ)償開(kāi)關(guān)還 連接所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2的補(bǔ)償開(kāi)關(guān)控制端。
所述m、n、k為正整數(shù)。 本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2控制第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)閉合、電感組
電路中的所有電感開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，構(gòu)成一階模擬負(fù)載，等效電路圖如2所示。 同時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2控制電阻組電路中的所有電阻開(kāi)關(guān)在某一時(shí)段有且只有
一個(gè)導(dǎo)通，控制電容組電路中的所有電容開(kāi)關(guān)在某一時(shí)段有且只有一個(gè)導(dǎo)通，再調(diào)節(jié)補(bǔ)償
電路3中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期和占空比，就可以改變負(fù)載特性，模擬具有該負(fù)載特性范圍
內(nèi)的一階負(fù)載。 在電阻組電路中的所有電阻開(kāi)關(guān)和電容組電路中的所有電容開(kāi)關(guān)在某一時(shí)刻分 別有且只有一個(gè)導(dǎo)通，補(bǔ)償電路中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0.01s，導(dǎo)通占空比分別為1%、 10%、50%和99%時(shí)，本實(shí)施例的單位階躍響應(yīng)曲線如圖3所示。
對(duì)于傳遞函數(shù) GO) =
^ + l 具有該傳遞函數(shù)的負(fù)載，其單位階躍響應(yīng)曲線與本裝置模擬此一階負(fù)載的單位階 躍響應(yīng)曲線對(duì)比圖如圖4所示。此時(shí)，補(bǔ)償電路中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. 001s，導(dǎo)通占空 比為1.2%。
實(shí)施例2 : 本實(shí)施例與實(shí)施例l大致相同，其不同之處在于開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2控制第一切換
開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、第二切換開(kāi)關(guān)閉合，構(gòu)成二階模擬負(fù)載，等效電路圖如5所示。 同時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器2控制電阻組電路中的所有電阻開(kāi)關(guān)在某一時(shí)段有且只有
一個(gè)導(dǎo)通，控制電感組電路中的所有電感開(kāi)關(guān)在某一時(shí)段有且只有一個(gè)導(dǎo)通，控制電容組
電路中的所有電容開(kāi)關(guān)在某一時(shí)刻有且只有一個(gè)導(dǎo)通，再調(diào)節(jié)補(bǔ)償電路3中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)
通周期和占空比，就可以改變負(fù)載特性，模擬具有該負(fù)載特性范圍內(nèi)的二階負(fù)載。 在電阻組電路中的所有電阻開(kāi)關(guān)、電感組電路中的所有電感開(kāi)關(guān)以及電容組電路
中的所有電容開(kāi)關(guān)在某一時(shí)刻分別有且只有一個(gè)導(dǎo)通，補(bǔ)償電路中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. 001s，導(dǎo)通占空比分別為1%、50%、70%和99%時(shí)，本實(shí)施例的單位階躍響應(yīng)曲線如圖6 所示。 對(duì)于傳遞函數(shù)
106 <formula>formula see original document page 6</formula>
具有該傳遞函數(shù)的負(fù)載，其單位階躍響應(yīng)曲線與本裝置模擬此二階負(fù)載的單位階 躍響應(yīng)曲線對(duì)比圖如圖7所示。此時(shí)，補(bǔ)償電路中補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期為0. OOls，導(dǎo)通占空 比為93%。
權(quán)利要求
一種多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，其特征在于設(shè)置有模擬元件電路(1)和開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器(2)，其中，模擬元件電路(1)由電阻組電路、電容組電路、電感組電路、第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)組成，所述電阻組電路并聯(lián)有m個(gè)電阻，每個(gè)電阻的前端分別串聯(lián)一個(gè)電阻開(kāi)關(guān)后與輸入正端連接，m個(gè)電阻的后端連接所述電感組電路；所述電感組電路并聯(lián)有n個(gè)電感，每個(gè)電感的前端分別串聯(lián)一個(gè)電感開(kāi)關(guān)后與所述電阻組電路連接，n個(gè)電感的后端連接所述電容組電路；所述電容組電路并聯(lián)有k個(gè)電容，每個(gè)電容的前端分別串聯(lián)一個(gè)電容開(kāi)關(guān)后與所述電感組電路連接，k個(gè)電容的后端接輸入負(fù)端，該輸入負(fù)端與輸出負(fù)端連接；所述電阻組電路的m個(gè)電阻后端與輸出正端之間連接所述第一切換開(kāi)關(guān)；所述電感組電路的n個(gè)電感后端與輸出正端之間連接所述第二切換開(kāi)關(guān)；所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器(2)設(shè)置有第一切換開(kāi)關(guān)控制端、第二切換開(kāi)關(guān)控制端、m個(gè)電阻控制端、n個(gè)電感控制端和k個(gè)電容控制端，分別連接所述第一切換開(kāi)關(guān)、第二切換開(kāi)關(guān)，以及所述電阻組電路中的m個(gè)電阻開(kāi)關(guān)、電感組電路中的n個(gè)電感開(kāi)關(guān)和電容組電路中的k個(gè)電容開(kāi)關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，其特征在于還設(shè)置有補(bǔ)償電路(3)，所述補(bǔ)償電路(3)由補(bǔ)償電阻和補(bǔ)償開(kāi)關(guān)組成，補(bǔ)償電阻的前端串接補(bǔ)償開(kāi)關(guān)后連接輸入正端，補(bǔ)償電阻的后端與所述電阻阻電路中的m個(gè)電阻后端連接；所述補(bǔ)償開(kāi)關(guān)還連接所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器(2)的補(bǔ)償開(kāi)關(guān)控制端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種多階多參可調(diào)電氣負(fù)載裝置，其特征在于設(shè)置有模擬元件電路和開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器，其中，模擬元件電路由電阻組電路、電容組電路、電感組電路、第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)組成，所述開(kāi)關(guān)時(shí)間控制器設(shè)置控制端，分別控制所述電阻組電路中的電阻開(kāi)關(guān)、電容組電路中的電容開(kāi)關(guān)、電感組電路中的電感開(kāi)關(guān)，以及第一切換開(kāi)關(guān)和第二切換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期和導(dǎo)通占空比，從而模擬一階、二階負(fù)載特性。本發(fā)明能夠同時(shí)具備多種一階、二階負(fù)載的多種參數(shù)的模擬功能，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
文檔編號(hào)H02J3/00GK101699691SQ200910191488
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者葉兆虹, 程森林, 黃建淞 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)