datasheet

智能化数控调谐文氏电桥陷波器

2008-04-10来源: 电子产品世界 关键字:电桥  文氏  陷波器  数控  控制继电器  频率调谐  独石电容器  高Q值  可变电容器

  1 引言

  测量非线性失真一般采用基波抑制法(单音法),可通过基波抑制网络来实现。基波抑制网络即陷波滤波器,可将基波电压分量滤除。常见的有文氏电桥组成的RC陷波电路和双T形电桥组成的陷波电路。

  高性能的失真度测量仪必须使用高性能的陷渡器,它应能完全滤除基波而不衰减其他谐波。新式失真度测量仪产生的基波衰减或陷波深度可达100 dB甚至更大,而对谐波只产生l dB或更小的衰减。要获得这样高的性能,需要Q值很高的滤波器,而且调谐必须非常准确,通常采用的手动调谐几乎无法实现。高性能的失真度测量仪可以自动调谐到基频,其偏差只有百分之几。失真度的测量主要是设计和选择高性能的陷波滤波电路。

  文氏电桥陷波器是失真度仪设计中最常用的器件,其基波衰减深度一般可达80 dB以上,但是老式的失真度仪中往往使用手动调谐的方式。笔者在原来的手动调谐文氏电桥陷波网络的基础上进行了改进,设计了智能化数控调谐文氏电桥陷波器。

  2 文氏电桥陷波的原理

  由文氏电桥组成的基波抑制电路(陷波器)如图l所示。电桥的元件参数关系为Rl=2R2,C1=C2=C,R3=R4=R

  此时,电桥的抑制频率为

公式  

  

  因为Rl=2R2,对任一频率信号,UAD=Ui/3。由计算可知:当输入信号频率f=fo时,UBD=Ui/3,则UAB=0。此时,电桥处于平衡状态,输出为O。当输入信号频率f偏离fo时,电桥失去平衡,则有电压输出。

  

  

  

  

  文氏电桥无源滤波器电路的选择特性很差。实际工作中,需要阻带很窄、选择性很强的陷波器,为此采用文氏电桥组成的有源陷波电路,如图2所示。此时陷波的频率为l kHz。

  

  

  

  

  Al、A2是电压跟随器组态,均有缓冲隔离作用,具有高输入阻抗和低输出阻抗特性,对选频电路的谐振频率无影响,A1输出的部分电压反馈至A2的同相端,并经A2输出到电桥桥臂。调节Rp可调节反馈量,从而改变Q值,以达到锐通带选频作用。若不加正反馈,在l kHz附近二次谐波的特性曲线就会下降,不能进行准确测量。如果反馈量与频率特性有关,用可变电阻器Rp调整;如果衰减特性已调准,Q值已选定,则Rp可换成固定电阻器。在Al的反馈回路中加入电阻器R8是为了抵消输入偏流,以减小直流漂移。C3的作用是抑制尖峰脉冲。

  当f=fo时,电桥平衡,Al的输出为0;f偏离fo时,电桥失衡,有输出电压。因此该电路能抑制基波,使谐波通过。

  若取fo=l kHz,C=0.01μF,由R=l/2πfoC来计算R,求得R=15 kΩ。A1、A2均为集成运算放大器,可选NE5532A型。

  高Q值的陷波器选择性好。但中心频率fo易偏移,会引起较大的测量误差,因此,测量失真度时可采用二级甚至三级串联调谐设计,使之具有中心频率为1%的衰减带宽。

  3 系统模块

  智能化数控调谐文氏电桥陷波器包括陷波频率调谐文氏电桥、有效值检波器、A/D采样电路和单片机控制电路,如图3所示。

  

  

  

  

  在系统中,一个未知频率的信号输入文氏电桥之后,在某一个频率点进行陷波,通过有效值检波电路对文氏电桥输出的残余信号进行有效值检波;A/D采样电路对检波后产生的直流电压进行采样,转换成数字信号,并且将数据传输到单片机;单片机对此数据进行判断,当采集到的直流电平为最小值时,文氏电桥的谐振中心频率正好是所需的陷波频率(即最接近基频);如果采集到的直流电平不是最小值,那么单片机将控制改变文氏电桥的电阻和电容,使其中心频率接近基频。通过以上过程实现了文氏电桥陷波器的智能化数控调谐。

  图3中的文氏电桥是在图2的基础上进行了改进。图2中的R、C不再由单一值的电阻器和电容器组成,C由并联的电容网络构成,电阻R由数控电位器代替,R和C可以由单片机控制。

  检波的作用是将文氏电桥输出的残余信号转换为可检测的数值,提供给模数转换器进行采样并转换成数字信号。

  A/D采样电路的作用是对有效值检波输出的模拟信号采样,转换成数字信号,然后由单片机进行处理。

  单片机控制电路主要实现采样后数据的处理、电容档的选择(控制继电器的通断)和数控电位器的控制。

  4 系统设计与实现

  4.l 文氏电桥

  系统硬件电路中最关键的部分是文氏电桥。系统总体电路结构如图4所示。本系统的目的是实现自动调谐陷波,因此,必须改进对文氏电桥谐振中心频率起决定性作用的R和C,从固定值变成可在一定范围内自动改变的变化量。考虑到双联可变电容器较难购买,且双联可变电阻本身又不十分精确、使用起来也不是很方便,所以采用分档电容器实现谐振中心频率粗调,数控电位器实现细调的方案。使用普通的独石电容器,容值大的可用CBB电容器。采用比较容易购买的100抽头X9C103型数控电位器,X9C103与单片机的接口是3总线方式,3个控制端口分别为U/D、INC和CS,实际设计中,3个端口分别与单片机的P2.O、P2.1和P2.2相连。X9C103的滑动头带有40 Ω的固定阻值,因此其实际阻值变化范围是40Ω~10040Ω,步进量为100Ω。

  

  

  

  

  分档电容器与继电器相连。使用双刀单掷继电器,每个继电器控制2个容值相同的电容器。继电器作为图4中的开关,平时处于常断状态,由单片机控制继电器的通断以接通所需的电容档,7档电容对应7个继电器,分别与单片机P1.0-P1.6口相连。各档电容值的选取在此电路中相当重要,首先要考虑能否使频率调谐范围覆盖系统要求的整个频带,每档电容对应一定范围的频率,在单片机选定电容档后,数控电位器的步进对应于频率的步进量要小,以减小陷波中心频率和基频之间的误差。在文氏电桥工作时,之后一档电容被选通,这样可减小继电器对RC谐振网络的干扰。考虑到以上3点,经过计算及实践证明,在lOHz~1 MHz频率范围内选取了7档比较合适的电容,如表1所示。

  

  

  

  

  4.2 检波与A/D转换

  考虑到在失真度测量中输入信号本身就是不规则的失真信号,而由分立元件组成的有效值检波电路是在检测出信号的峰值后按照一定的关系计算得出有效值,一般只能用于检测规则信号(诸如正弦波等信号),输出误差比较大,不适用于失真度仪,所以本系统交流检测信号-直流有效值的转换采用了AD536型转换电路。AD536是美国ADI公司推出的专门用于真有效值-直流转换的单片集成电路。它的性能与混合或模数器件相当甚至更优,而价格则低得多。AD536A可直接计算出任何包含直流的交流分量的复杂输入波形的真有效值,并将其转换成直流输出信号。AD536A可广泛用于标准正弦波或非周期、非正弦且叠加直流电平的各种噪声及机械传感信号的精确测量。为了减小输出中的纹波成分,最好使用后向滤波器,如图4中的R9、C18和C19起到了滤波作用。

  在本系统中必须对每次文氏电桥谐振频率调整后的输出信号进行测量,并与前后的测量相比较,有了上述真有效值检波,就可以直接检测陷波后信号有效值的大小。笔者使用ADC0809型通用8位并行模/数转换器将检波后的直流信号转换为2进制数据由单片机处理。ADC0809有8路模拟输入通道,本系统只需使用一路。ADC0809的8位数据输出端与单片机的P0口相连,CLK信号与单片机的ALE口相连,CE和START分别与单片机的P2.6和P2.7口相连,EOC与单片机的INT0端口相连。因为在本系统之前已经设计了1个ALC(自动电平控制)电路,对输入文氏电桥的电压幅值进行合理控制,所以ADC0809的参考电压可取5 V,采用LM336-5型集成稳压电源即可。

  4.3 单片机控制

  本系统选用了AT89C51型单片机。无论从成本、处理速度或存储容量考虑,选用AT89C51都是很合理的。经过计算可知,当电容比较小时,数控电位器每改变100 Ω时的对应频率改变量比较大,为了缩短调谐时间,程序设计从容值最小的电容器开始依次扫描,搜寻合适的陷波中心频率。

  系统启动后,单片机程序首先初始化(即电容值选取0.22 nF,数控电位器为最小值40 Ω),然后单片机控制ADC0809进行采样,读取P0口数据进行处理。先对整个系统进行粗扫,也就是说先不改变数控电位器的阻值,只进行电容换档,当程序扫描完整个7档电容后,对ADC0809的数据进行比较,取最小值对应的电容档作为系统所需要的档。接着再用数控电位器进行精确扫描,X9C103有100个抽头,但不可能再扫100次。在笔者编写的程序中,设定扫描到1个数值之后再扫5个数值,如果这5个数值都比前面那个数值大,那么那个数值就是最小值,其对应的数控电位器值就是所需的,系统就会稳定。X9C103接口是3总线式,通信协议比较简单,编程较方便。图5所示为本系统的软件流程。

  

  

  

  

  5 结束语

  本文叙述了失真度测量仪中基波抑制网络的设计,为了能很好完成其功能,笔者设计并制作了智能数控调谐文氏电桥陷波器,一级文氏电桥陷波器虽然陷波深度还不错,可以达到60 dB以上,但是其陷波频带不够宽,而多级串联可实现陷波频带的展宽,一般三级陷波即可具备非常好的性能。陷波器同样适用于其他类似的场合。

 

关键字:电桥  文氏  陷波器  数控  控制继电器  频率调谐  独石电容器  高Q值  可变电容器

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0410/article_760.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:HOLLiAS-LEC G3小型PLC系统在木工带锯机中的应用
下一篇:基于TOPSwitch-GX系列的多输出开关电源

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

详解用非平衡电桥如何测量电阻

1、平衡电桥  惠斯登电桥(平衡电桥)的原理如图1所示,调节R3使检流计G无电流流过时,C、D两点等电位,电桥平衡,从而得到     2、 非平衡电桥  非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。图2为非平衡电桥的原理图,B、D之间为一负载电阻Rg。用非平衡电桥测量电阻时,是使R1、R2和R3保持不变,Rx(即R4)变化时则U0变化。再根据U0与Rx的函数关系,通过检测U0的变化从而测得Rx。由于可以检测连续变化的U0,所以可以检测连续变化的Rx。  (1)非平衡电桥的桥路形式  1)等臂电桥  电桥的四个桥臂阻值相等,即R1=R2=R3=R4。  2)输出对称电桥,也称卧式电桥  这时电桥的桥臂电阻对称
发表于 2018-04-11
详解用非平衡电桥如何测量电阻

电桥测试仪测量原理_电桥测试仪使用方法

    LCR测试仪,L:电感(为了纪念物理学家Heinrich Lenz),C:电容(Capacitor),R:电阻(Resistance),LCR数字电桥就是能够测量电感,电容,电阻,阻抗的仪器。  随着现代模拟和数字技术的发展,早已经淘汰了LRC电桥这种测量方法,但LCR电桥的叫法一直沿用至今。如果是使用了微处理器的LCR电桥则叫LCR数字电桥。一般用户又称这些为:LCR测试仪、LCR电桥、LCR表、数字电桥、LCR Meter等等。  电桥测试仪测量原理  Vx与Vr均是矢量电压表,Rr是理想电阻。自平衡电桥的意思是:当DUT(Device Under Test)接入电路时,放大器
发表于 2018-03-18
电桥测试仪测量原理_电桥测试仪使用方法

增能效+降成本+一体化 博世将推出新一代电桥

据外媒报道,博世最新推出的电桥(eAxle)将原本独立的三个动力总成内部件——电机、逆变器(power electronics)及传动部件整合为一个紧凑型单元,直接驱动车轴。该设计不仅提升了动力总成的能效,还使其价格变得更为经济。博世董事会成员兼汽车与智能交通技术(Mobility Solutions)业务部门主席Rolf Bulander:“借助于这款电桥,博世正在把一体化原则逐步应用于动力总成系统。因为创新性地实现动力总成系统的一体化,这款全新的动力总成系统也将为博世打开潜在的巨大市场。整套系统灵活度较高,电桥可安装于市场上的众多车型,如(插电式)混合动力和纯电动车,包括紧凑型车、SUV,甚至是轻型商用车上。”缩短整车制造商
发表于 2017-09-01
增能效+降成本+一体化 博世将推出新一代电桥

创新性电动车动力总成系统:博世电桥提供更强续航里程

新技术新突破:更高效、更经济的电动车动力总成系统系统实现一体化,缩短了汽车制造商的开发周期博世集团董事会成员Rolf Bulander博士指出:“从未来的商业潜力而言,博世电桥或将成为市场主流。”众所周知,拥有更强劲的电池就能进一步提升电动车的续航里程。那一个全新的动力总成系统是否也能发挥类似的作用?博世最新推出的电桥(eAxle)已经做到了这一点,其独特之处在于将原本独立的三个动力总成部件,即电机、逆变器和传动部件整合为一个紧凑型单元,直接驱动车轴,这样一来,动力总成系统不仅变得更加高效,价格也更为经济。“借助于这款电桥,博世正在把一体化原则逐步应用于动力总成系统。”博世集团董事会成员、汽车与智能交通技术业务部门主席Rolf
发表于 2017-09-01

直流电桥在电阻应变测量中应用

电桥法测量电阻具有灵敏度高、准确性高、稳定性好等特点,广泛应用于精密电阻应变测量中。 通过电阻应变片可以将被测件的应变转换为应变片的电阻变化。但通常这种电阻变化很小。为了便于测量,需将应变片的电阻变化转换为电压(或电流)信号,再通过放大器将信号放大,然后由指示仪器指示或记录应变数值,这一过程是由电阻应变仪来完成的。而电阻应变仪中将应变片的电阻变化转换成电压(或电流)变化是由应变电桥(即惠斯顿电桥)来完成的。 在应变测量初期,电阻应变仪较长时间内选用交流电桥,随着电子技术不断发展,直流放大器性能越来越好,高精度直流放大器越来越多,选择的范围越来越广。 用直流电桥进行应变测量时,电桥有等臂电桥、卧式电桥和立式电桥三种应用状态,通过电桥
发表于 2017-01-12

用电桥法测量变压器直流电阻时的注意事项

用电桥法测量变压器直流电阻时,应注意以下事项:(1)由于变压器电感较大,必须等电流稳定后,方可合上检流计开关。(2)读数后拉开电源开关前,先断开检流计。(3)测量220kV及以上的变压器时,在切断电源前,不但要先断开检流计开关,而且还要断开被试品进入电桥的测量电压线,以防止由于拉闸瞬间反电动势将桥臂电阻间的绝缘和桥臂电阻对地等部位击穿。(4)被测绕组外的其他绕组出线端不得短路。(5)电流线截面要足够大。
发表于 2017-01-12

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
pt type="text/javascript" src="//v3.jiathis.com/code/jia.js?uid=2113614" charset="utf-8">