一種基本VCO的電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射電路的設(shè)計(jì)

作者：西安交通大學(xué)高壓教研室（710049）方 志 趙中原 邱毓昌 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：介紹了基于電壓控制振蕩器（vco）的電-光轉(zhuǎn)換電路的基本原理，設(shè)計(jì)了一種基于vco的光-光轉(zhuǎn)換發(fā)射電路，并給出了其響應(yīng)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射電路具有良好的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：電壓控制振蕩器（vco） 電-光轉(zhuǎn)換 發(fā)射電路 隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)提出了越來越高的要求。在高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)的測(cè)量中，信號(hào)輸入端和輸出端的電位懸殊較大，因此通常使用電-光轉(zhuǎn)換的方法使信號(hào)的輸入端和輸出端實(shí)現(xiàn)電絕緣[1]。電-光轉(zhuǎn)換組成的測(cè)量系統(tǒng)具有絕緣性高、抗干擾能力強(qiáng)、線性度高等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]，因此可以消除輸入回路中的干擾信號(hào)和雜感信號(hào)對(duì)輸出回路信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)-輸出信號(hào)之間的無失真?zhèn)鬏敗? 本文介紹一種基本電壓控制振蕩器（vco）的電-光轉(zhuǎn)換電路的基本原理及其發(fā)射電路。 1 基本vco的電-光轉(zhuǎn)換的基本原理 1.1 電-光轉(zhuǎn)換 光電系統(tǒng)首先將欲傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過合適的光導(dǎo)傳輸系統(tǒng)后，再將光信號(hào)復(fù)原成電信號(hào)。完成這些轉(zhuǎn)換和傳輸功能的關(guān)鍵元件是光發(fā)射器、光傳輸器光接收器等。 1.2 發(fā)射電路 對(duì)輸入信號(hào)要進(jìn)行處理，即要進(jìn)行阻抗變換、放大、調(diào)制或數(shù)字化后才能送到光端機(jī)。由于頻率調(diào)制的方式經(jīng)其它調(diào)制方式有較多的優(yōu)點(diǎn)，如抗干擾性強(qiáng)、頻率響應(yīng)好、線路相對(duì)比較簡(jiǎn)單等，因而它在測(cè)量中獲得了廣泛的應(yīng)用。因此本文設(shè)計(jì)的發(fā)射電路采用頻率調(diào)制的原理。圖1是其原理性框圖。 2 發(fā)射電路設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的發(fā)射電路主要用于測(cè)量高壓直流輸電用晶閘管的電位分布，根據(jù)實(shí)際的測(cè)量需要制定了發(fā)射電路的主要技術(shù)指標(biāo)，具體如下： 輸入范圍：100v、10v、1v、0v 輸入阻抗：10mω、40pf 中心頻率：5mhz 線性工作頻率范圍：4～6mhz 輸出噪聲：小于4mv 2.1 衰減器 如前所述，發(fā)射電路共分為三部分。輸入信號(hào)首先接到一個(gè)衰減器上，衰減器的主要作用是限制輸入電壓的范圍和增大輸入阻抗。其具體電路采用電阻和電容串聯(lián)的形式，本文設(shè)計(jì)的衰減器如圖2所示。 2.2 阻抗變換和放大電路 經(jīng)過衰減的信號(hào)輸入到一個(gè)阻抗變換器進(jìn)行阻抗變換，然后送入放大電路進(jìn)行放大。阻抗變換和放大均采用低漂移高速高輸入阻抗運(yùn)放lf356，其優(yōu)點(diǎn)為補(bǔ)償電壓的漂移小，輸出壓擺率高，其值約為雙極性運(yùn)放的10倍。其最大的特點(diǎn)是輸入電流小，約為pa數(shù)量級(jí)。因此用該類放大器可非常容易地設(shè)計(jì)高速運(yùn)算和積分電路。而且，采用這種運(yùn)放，在噪聲和干擾比較嚴(yán)重的情況下仍然能獲得比較好的帶寬增益和信噪比。 第一級(jí)采用lf356實(shí)現(xiàn)阻抗變換，變換后的信號(hào)輸入到由另一個(gè)lf356組成的負(fù)反饋放大電路。圖3為阻抗變換和放大電路的原理圖。 2.3 電壓控制振蕩器（vco）和驅(qū)動(dòng)電路 在進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路之前，需要把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)。這里采用texas公司生產(chǎn)的壓控振蕩器54ls628。它是一個(gè)14管腳的集成塊，其電源電壓為5v，輸入電壓和輸入?yún)⒖茧妷壕鶠?～5v，高電平輸入電流為-1.2ma，低電平輸出電流為12ma，最大線性輸出頻率為20mhz，使用溫度為-55℃～125℃[4]。這種壓控振蕩器在一定的輸入電壓下具有較好的線性工作特性，而且通過改變其外接電容和參考電壓，還要以改變其在一定輸入電壓下的輸出頻率范圍。根據(jù)測(cè)量的需要，本設(shè)計(jì)中壓控振蕩器的外接電容為15pf，參考電壓為4v，參考電壓可以通過在其12管腳（rng管