工頻功率電源信號發(fā)生電路的實現(xiàn)
信號產(chǎn)生電路，既可以由模擬電路實現(xiàn)，電可以由數(shù)字電路產(chǎn)生。由模擬電路設(shè)計的電源稱為模擬信號源，由數(shù)字電路設(shè)計的電源稱為數(shù)字信號源。
1 模擬和數(shù)字信號源的區(qū)別
模擬信號源輸出頻率和相位可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)；可使輸出信號有很高的穩(wěn)定性。缺點是：相位及頻率的時間穩(wěn)定性差；調(diào)節(jié)相位時對幅度有影響；且頻率及相位無法直接顯示；電路調(diào)試困難，工藝結(jié)構(gòu)復雜，難以實現(xiàn)程控。
數(shù)字信號源輸出幅度、頻率和相位的時間穩(wěn)定性好；調(diào)節(jié)相位時對幅度沒有影響；數(shù)字電路容易調(diào)試，工藝結(jié)構(gòu)簡單，與計算機接口方便，易實現(xiàn)程控。幅度、頻率和相位雖不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但足以滿足實際需求，所以工頻功率電源多是數(shù)字信號源。
2 波形的分解與量化
要實現(xiàn)信號源的數(shù)字化，首先把要得到的波形進行分解和量化，然后再對分解和量化的波形進行合成。即按順序?qū)⒉ㄐ蔚姆狄詳?shù)字信息存入存貯器，工作時，再以相同的順序取出相應(yīng)幅值，經(jīng)D／A電路變換成模擬量，輸出所需的各種波形，假設(shè)我們欲得到圖1(a)所示的正弦波。
如果在一個周期內(nèi)，將該正弦波等分成16段，即以n°=360°/16=22.5°為間隔分成16個點。在峰-峰幅值之間共分成土100個等級，16個點的量化等級即如圖1中所示；如在一個周期內(nèi)，將該正弦波等分成30段，即以n°=360°／30=12°為間隔分成30個點。在峰-峰幅值之間共分成±100個等級，30個點的量化等級即如圖1(b)所示。
很顯然，一個周期內(nèi)分解的點數(shù)以及幅度的量化級越多，波形越逼真。由此產(chǎn)生一個完整的正弦波所需的數(shù)據(jù)量就越大。幅度量化的級數(shù)越多，設(shè)計電路時所需的D／A位數(shù)就越多，成本就越高，但D／A位數(shù)少時，輸出波形不平滑，含有高次諧波，需用低通濾波器濾除，而低通濾波器會產(chǎn)生附加相移。
一般是根據(jù)相位的調(diào)節(jié)細度來選擇分解的點數(shù)，根據(jù)設(shè)計的等級來選擇量化的級數(shù)。假如需要設(shè)計一個相位調(diào)節(jié)細度為1°，幅度調(diào)節(jié)細度為不大于0.5％的數(shù)字源。因為相位調(diào)節(jié)細度為1°，則可取360個點；8位D／A的量化等級為1／256=0.0039=0.39%<0.5％。即一個完整周期的正弦波分為360個點，每點的幅值用8位二進制數(shù)表示，并且采用偏移二進制數(shù)雙極性碼。所謂偏移二進制雙極性碼，就是將自然二進制碼對應(yīng)的模擬量平移后得到的，它將模擬量的零值移至與數(shù)字量80H相對應(yīng)。這樣，當Sin90°=1時，量化值為FFH；sin180°=0時，量化值為80H；sin270°=-1時，量化值為00H。
另外，存貯該正弦波數(shù)據(jù)所需的存貯器容量為360×8位。
確定了上述波形信息，就可進行波形的合成。
3 波形的合成
如圖2所示，假定住ROM里已存貯了上述波形信息。波形計數(shù)器依次送山ROM里的地址信息0～359。在地址信號作用下，依次取出存入ROM里的各點幅伉數(shù)據(jù)，并送入D／A。在D／A中把幅值的數(shù)字信息變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬電流，經(jīng)運算放大器將電流信號變?yōu)殡妷盒盘枺偻ㄟ^低通濾波器濾除高次諧波，便可得到光滑的正弦波。
D／A變換及運放濾波電路如圖3所示。
圖中DAC0832是8位CMOS D／A芯片，的數(shù)字信號經(jīng)兩級鎖存，輸出的是電流信號，輸出電流與輸入的數(shù)字量NB的關(guān)系如式1所示
根據(jù)圖中電路接法可知
按照式3可算出輸出電壓Uo與輸入二進制數(shù)的關(guān)系，如表1所列。它符合偏移二進制雙極性碼的姚律。
4 數(shù)字調(diào)幅
由式3可見，要改變輸出正弦波的幅度，只要改變形成波型的基準電壓UREF即可，而UREF是由D／A 2提供的，如圖4所示。所以只要改變輸入給D／A 2的數(shù)字量即可改變合成數(shù)字波形時的基準電壓UREF。這樣也便于實現(xiàn)幅度的程控調(diào)節(jié)。至于D／A 2的位數(shù)，應(yīng)由輸出幅度的調(diào)節(jié)細度來決定，當要求調(diào)節(jié)細度較高時，D／A2的位數(shù)應(yīng)高一些，該例中調(diào)節(jié)細度為不大于0.5％，使劇DAC0832即可。
5 頻率合成
當然，對于單相工頻電源來說，要使頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且有很高的穩(wěn)定度，就要用到頻率合成技術(shù)。所謂頻率合成技術(shù)，就是將一個基準頻率fo變換成一系列的新頻率fl=Nfo，并且這些新頻率的穩(wěn)定度要與基準頻率相當。根據(jù)頻率穩(wěn)定度及調(diào)節(jié)細度的要求來設(shè)計出相應(yīng)的變頻電路；對于多相工頻電源來說，還有數(shù)字移相電路，這里不再累述。
本文所闡述的主要足信號發(fā)生電路在工頻功率電源中的實現(xiàn)，其實該電路可實現(xiàn)任意的波形輸出，而且通過配合相應(yīng)的電路，可產(chǎn)生任意頻率和相位可調(diào)的波形。該電路原理的實現(xiàn)具有廣闊的應(yīng)用前景。
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