一種對(duì)稱式高速高精度電壓–頻率轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種對(duì)稱式高速高精度電壓–頻率轉(zhuǎn)換電路，屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型由符號(hào)電路、積分電路、比較電路、對(duì)稱校正電路、電子開(kāi)關(guān)電路和電源電路組成；其中輸入信號(hào) ui 由符號(hào)電路的輸入端輸入，符號(hào)電路的控制端與電子開(kāi)關(guān)電路的上端相連接，符號(hào)電路的輸出端 uo1 與積分電路的輸入端相連接，積分電路的輸出端 uo2 與比較電路的輸入端相連接，比較電路的一個(gè)輸出端與電子開(kāi)關(guān)電路的控制端相連接，比較電路的另一個(gè)輸出端 uo 為系統(tǒng)的輸出端，電子開(kāi)關(guān)電路的下端與對(duì)稱校正電路的輸出端相連接。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有模擬電壓—頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)中轉(zhuǎn)換誤差隨輸出頻率的升高急劇增大的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路,屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在恒能量斬波方式合成100KH以上的中大功率正弦電壓或電流波形的過(guò)程中，需要用到輸出頻率范圍為O?4MHz的高速高精度電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路來(lái)作為系統(tǒng)的控制單元。由于用數(shù)字方式完成此類波形的動(dòng)態(tài)運(yùn)算量很大，因此，即使用當(dāng)前速度最快的DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，其最高輸出頻率只能到達(dá)300KHz左右，離目標(biāo)要求的最高輸出頻率4MHz相距甚遠(yuǎn)，為此，只能采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，
[0003]但在已有技術(shù)中，無(wú)論是電荷平衡式還是復(fù)位式模擬電壓一頻率的轉(zhuǎn)換電路，其轉(zhuǎn)換誤差都將隨著輸出頻率的升高而急劇增大。原因是在這兩類轉(zhuǎn)換電路中，線性積分電路的輸出波形均為鋸齒波，如圖1所示。其中，在決定電壓一頻率轉(zhuǎn)換精度的線性積分電路中，只有正程時(shí)間T1是輸入電壓絕對(duì)值的倒數(shù)，而逆程時(shí)間T2則是固定的。這樣，由于輸出波形的周期為=T=T^T2，而輸出頻率為:f=l / T= I / (T1+T2)，不難看出，只有當(dāng)T1 >> T2時(shí)，才有T ~!\和€ ^ I / T = I / T1O實(shí)際上，隨著輸入電壓幅值的不斷增大，正程時(shí)間T1將逐漸變小，但由于逆程時(shí)間T2固定，所以轉(zhuǎn)換誤差必將隨著輸出頻率的升高而急劇增大。實(shí)測(cè)表明，在轉(zhuǎn)換后的輸出頻率在最高極限的50%?100%范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)際輸出的頻率要低于理論計(jì)算值的10%?30%以上，從而導(dǎo)致最終合成的正弦波在幅度上全面失真。
[0004]由于這種電壓一頻率轉(zhuǎn)換方法已使功率主開(kāi)關(guān)器件在20nS左右的極限速度下開(kāi)通和關(guān)斷，因此，已不可能通過(guò)提高開(kāi)關(guān)器件的轉(zhuǎn)換速度或采用深度負(fù)反饋等方式來(lái)減小這種失真了，唯一的辦法另找解決問(wèn)題的新途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供了一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，以用于解決現(xiàn)有模擬電壓一頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)中轉(zhuǎn)換誤差隨輸出頻率的升高急劇增大的問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，由符號(hào)電路、積分電路、比較電路、對(duì)稱校正電路、電子開(kāi)關(guān)電路和電源電路組成；其中輸入信號(hào)Ui由符號(hào)電路的輸入端輸入，符號(hào)電路的控制端與電子開(kāi)關(guān)電路的上端相連接，符號(hào)電路的輸出端Utjl與積分電路的輸入端相連接，積分電路的輸出端1!。2與比較電路的輸入端相連接，比較電路的一個(gè)輸出端與電子開(kāi)關(guān)電路的控制端相連接，比較電路的另一個(gè)輸出端U。為系統(tǒng)的輸出端，電子開(kāi)關(guān)電路的下端與對(duì)稱校正電路的輸出端相連接。
[0007]所述符號(hào)電路由運(yùn)算放大器Al，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6共同構(gòu)成，并由電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW的通斷狀態(tài)控制符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)增益正負(fù)交替。
[0008]所述對(duì)稱校正電路輸出電壓值為可調(diào)；其中通過(guò)調(diào)整對(duì)稱校正電路的輸出電壓值，使得在輸入電壓的全范圍內(nèi)符號(hào)電路的輸出幅值完全對(duì)稱。
[0009]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0010]電路構(gòu)成如下:
[0011]符號(hào)電路由集成運(yùn)放Al及電阻Rl?R6共同構(gòu)成，并由電子開(kāi)關(guān)電路中受控開(kāi)關(guān)Sff的通斷狀態(tài)控制符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)，實(shí)現(xiàn)增益正負(fù)交替；積分電路為傳統(tǒng)集成運(yùn)放構(gòu)成的積分運(yùn)算電路，由集成運(yùn)放A2、電阻R7及電容C共同構(gòu)成；比較電路由集成運(yùn)放A3和電阻R8、R9共同構(gòu)成，11。2與u。通過(guò)R8、R9串聯(lián)電阻分壓共同作用于集成運(yùn)放A3的同相輸入端，與A3的反相輸入端的零電平進(jìn)行過(guò)零電壓比較，R9為正反饋環(huán)節(jié)，進(jìn)一步加快輸出矩形波的上升、下降沿時(shí)間；電子開(kāi)關(guān)電路采用視頻模擬開(kāi)關(guān)集成電路PI5V330，由比較電路輸出端信號(hào)控制，受控開(kāi)關(guān)接入符號(hào)電路的電阻網(wǎng)絡(luò)，其通斷狀態(tài)改變符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)；對(duì)稱校正電路XZ采用分壓加電壓跟隨的方式構(gòu)成可調(diào)電壓范圍為±0.3V、最大輸出電流為3mA的可調(diào)直流電壓源；所述電源電路為7805和7905三端集成穩(wěn)壓電路組成的土 5V對(duì)稱電源。
[0012]電路工作原理如下:
[0013]輸出電壓U。控制電子開(kāi)關(guān)電路中受控開(kāi)關(guān)SW的通斷狀態(tài)，進(jìn)而控制符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)，最終控制符號(hào)電路的增益:?=? (輸出為高電平)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW斷開(kāi),使符號(hào)電路的增益為+1,這時(shí)Utjl=Ui ；U0=U0l (輸出為低電平)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW閉合，使符號(hào)電路的增益為-1，這時(shí)Utjl=-Ui ;實(shí)現(xiàn)將輸入電壓信號(hào)Ui轉(zhuǎn)換為幅值不變但極性為正負(fù)交替的周期性信號(hào)Utjlt5
[0014]將保留了輸入電壓信號(hào)Ui幅值特征的正負(fù)交替周期性信號(hào)Utjl送入積分電路，產(chǎn)生三角波信號(hào)Utj2:如果Utjl為低電平，電容放電，11。2上升，如果Utjl為高電平，電容充電，U02下降。U01的幅值大小與積分電路的正程或者逆程的時(shí)間成反比，而Utjl又是保留了輸入電壓信號(hào)Ui幅值特征的正負(fù)交替周期性信號(hào)，因此1!。2的電壓波形中正程或者逆程時(shí)間都與輸入電壓Ui的絕對(duì)值成反比，為對(duì)稱正三角波。
[0015]比較電路中，積分電路輸出的正三角波信號(hào)11。2與輸出信號(hào)U。通過(guò)R8、R9串聯(lián)電阻分壓共同作用于集成運(yùn)放A3的同相輸入端，與A3的反相輸入端的零電平進(jìn)行過(guò)零電壓比較:如果A3的同相輸入端電壓大于0V，則U()=U()H，如果A3的同相輸入端電壓小于0V，則u。=!^ ;由于積分電路輸出電壓波形的正程或者逆程時(shí)間都與輸入電壓Ui的絕對(duì)值成反比，因此比較電路輸出高、低電平的時(shí)間也與輸入電壓Ui的絕對(duì)值成反比^⑶與!^交替出現(xiàn)，構(gòu)成對(duì)稱矩形波u。，其頻率f。與輸入電壓Ui的絕對(duì)值成正比。單限比較器加入了正反饋環(huán)節(jié)R9，可進(jìn)一步加快輸出矩形波的上升、下降沿時(shí)間。
[0016]若由于Rl?R6的阻值誤差和電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW的直流電阻不為O而導(dǎo)致符號(hào)電路的輸出幅值不對(duì)稱，則對(duì)轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生較大的影響，消除誤差的方法是調(diào)整對(duì)稱校正電路XZ的輸出電壓值,使之在輸入電壓Ui的全范圍內(nèi)，符號(hào)電路的輸出幅值均完全對(duì)稱即可。
[0017]電路工作原理也可以解釋如下:
[0018]U。為低電平期間，由于符號(hào)電路的增益為-1，Utjl=-Ui，該值輸入積分電路，使得11。2上升，當(dāng)11。2的上升使得后續(xù)比較電路中集成運(yùn)放A3的同相輸入端電壓過(guò)零，比較電路輸出由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW斷開(kāi)，符號(hào)電路增益由-1變?yōu)?1，U01由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，積分由正程變?yōu)槟娉蹋荒娉涕_(kāi)始，Utjl=Ui，該值輸入積分電路，使得11。2下降，當(dāng)11。2的下降使得后續(xù)比較電路中集成運(yùn)放A3的同相輸入端電壓過(guò)零，比較電路輸出由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW閉合，符號(hào)電路增益由+1變?yōu)?1，U01由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，積分由逆程變?yōu)檎獭?br> [0019]本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)將增益為±1的符號(hào)電路與高速電子開(kāi)關(guān)結(jié)合，共同構(gòu)成輸入信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換電路，使之在輸出波形的正程和逆程期間均能對(duì)稱地對(duì)積分電流實(shí)施控制，從而達(dá)到使輸出頻率精確地為輸入電壓的線性函數(shù)關(guān)系的目的，不僅實(shí)現(xiàn)了輸出矩形波的頻率精確地受控于輸入電壓的幅值的要求，而且還能滿足轉(zhuǎn)換特性的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤要求。采用本實(shí)用新型方案，而且在全部采用上升速率大于1000V/μ S的超高速電壓反饋型集成運(yùn)放構(gòu)成各單元電路的情況下，輸入電壓的幅度范圍為O?5V，轉(zhuǎn)換后的輸出頻率范圍為O?4MHz，且在最高輸出頻率時(shí)的轉(zhuǎn)換誤差小于0.01%，達(dá)到了目標(biāo)的要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為已有技術(shù)中電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出波形；
[0021]圖2本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖3本實(shí)用新型的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:如圖1-3所示，一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，由符號(hào)電路、積分電路、比較電路、對(duì)稱校正電路、電子開(kāi)關(guān)電路和電源電路組成；其中輸入信號(hào)Ui由符號(hào)電路的輸入端輸入，符號(hào)電路的控制端與電子開(kāi)關(guān)電路的上端相連接，符號(hào)電路的輸出端Utjl與積分電路的輸入端相連接，積分電路的輸出端1!。2與比較電路的輸入端相連接，比較電路的一個(gè)輸出端與電子開(kāi)關(guān)電路的控制端相連接，比較電路的另一個(gè)輸出端U。為系統(tǒng)的輸出端，電子開(kāi)關(guān)電路的下端與對(duì)稱校正電路的輸出端相連接。
[0024]所述符號(hào)電路由運(yùn)算放大器Al，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6共同構(gòu)成，并由電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW的通斷狀態(tài)控制符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)增益正負(fù)交替。
[0025]所述對(duì)稱校正電路輸出電壓值為可調(diào)；其中通過(guò)調(diào)整對(duì)稱校正電路的輸出電壓值，使得在輸入電壓的全范圍內(nèi)符號(hào)電路的輸出幅值完全對(duì)稱。
[0026]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于:由符號(hào)電路、積分電路、比較電路、對(duì)稱校正電路、電子開(kāi)關(guān)電路和電源電路組成；其中輸入信號(hào)Ui由符號(hào)電路的輸入端輸入，符號(hào)電路的控制端與電子開(kāi)關(guān)電路的上端相連接，符號(hào)電路的輸出端Utjl與積分電路的輸入端相連接，積分電路的輸出端Utj2與比較電路的輸入端相連接，比較電路的一個(gè)輸出端與電子開(kāi)關(guān)電路的控制端相連接，比較電路的另一個(gè)輸出端U。為系統(tǒng)的輸出端，電子開(kāi)關(guān)電路的下端與對(duì)稱校正電路的輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于:所述符號(hào)電路由運(yùn)算放大器Al，電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6共同構(gòu)成，并由電子開(kāi)關(guān)電路中的受控開(kāi)關(guān)SW的通斷狀態(tài)控制符號(hào)電路的不同運(yùn)算組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)增益正負(fù)交替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)稱式高速高精度電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，其特征在于:所述對(duì)稱校正電路輸出電壓值為可調(diào)；其中通過(guò)調(diào)整對(duì)稱校正電路的輸出電壓值，使得在輸入電壓的全范圍內(nèi)符號(hào)電路的輸出幅值完全對(duì)稱。
【文檔編號(hào)】H03M1/12GK204131501SQ201420451020
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】吳玉虹, 張曉凡, 王瀟, 盧誠(chéng) 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)