高精度双路相敏放大器的设计(一)

2013-11-06 13:08:02来源: 互联网

在许多电子控制系统中,经常需要用到高精度相位控制。双路相敏放大器主要功能是将采集的正弦信号与基准正弦信号按一定关系进行相位比较,进而产生一直流电压信号。该信号送往控制系统进行相位校正,对保障设备系统正常工作具有十分重要的作用。在此介绍一种采用模拟电路设计的方法,采用厚膜混合集成工艺,金属外壳、储能焊封装,内腔采用芯片及细线键合工艺,该电路精度高、温漂小。

  1 方案设计

  1.1 基本方案

  产品总体设计方案如图1所示。实验中采用标准信号源来模拟系统输入信号,输出频率为2 400 Hz,有效值为7 V的正弦波作为基准(激磁)信号,将该信号进行运算处理作为输入信号VIN+和VIN-。OUT1,OUT2则为两路输出,负载为1kΩ。

  

a.jpg

 

  1.2 电路原理

  电原理框图如图2所示。

  

b.jpg

 

  以下按单路相敏放大器进行分析计算。

  1.2.1 放大器

  放大器如图3所示。

  

c.jpg

 

  该电路可接为同相放大器和反相放大器,如果输入信号为:

  u1=Usin(ωt+φ)

  同相放大器时输出为:

  u2=u1/2·(1+R3/R1)

  当R1=R3=100 kΩ时,u2=Usin(ωt+φ)

  反相放大器时输出为:

  u2=-u1R3/R1

  当R1=R3=100 kΩ时,u2=-Usin(ωt+φ)

1.2.2 波形转换器

  激磁信号通过零交叉检测器,产生与激磁信号频率相同、相位相反,且幅度一致的方波,方波用做驱动模拟开关。该功能用运算放大器LM111实现。模拟开关用AD7510或DG444模拟开关完成波形整形,用做相位检测中比较的基准信号,如图4所示。

  

d.jpg

 

  1.2.3 相位检测电路

  (1)原理组成

  相位检测电路主要由乘法器和低通滤波器组成,其基本组成如图5所示。

  

d.jpg

 

  另输入信号为:

  usr=Umsin(ωt+φ)

  根据傅里叶函数,方波信号为:

  

f.jpg

 

  经低通滤波器后的直流分量为:

  Usc=(2/π)UmEmsinφ

  (2)实际电路

  该电路与原理稍有差别,被测信号为正弦波,模拟开关的驱动信号为同频率的方波。当方波信号为正半周时,输出信号就是这半周所对应的输入信号。当方波信号为负半周时,输出信号就是这半周所对应输入信号的倒相信号。实际电路如图6所示,等效电路如图7所示。

  

g.jpg

 

  由等效电路可知:

  U3=u2R7/R6

  当R6=R7=100 kΩ时,u2=Usin(ωt+φ)

  直流分量为:

  U3=2/πUsinφ,同相

  U3=-2/πUsinφ,反相

关键字:高精度  双路相敏  放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1106/article_20301.html
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