电压控制移相电路设计_刘国越

第38卷第6期2010年12月

浙江工业大学学报

JO U RN A L OF ZHEJIA N G U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY V ol.38N o.6Dec.2010

收稿日期:2010-06-07

作者简介:刘国越(1960 ),女,山西榆次人,实验师,主要从事电子技术实验研究,E -mail:lgy@.

电压控制移相电路设计

刘国越,梅一珉

(浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032)

摘要:叙述了一种电压控制移相电路的设计方案.实现了控制相位不随信号频率而变的设计理念.电路主要由运算放大器、比较器、模拟开关和触发器组成.采用过零比较器把正弦信号转换为方波信号,利用单稳态电路实现频率/电压变换,由积分器和模拟开关产生斜率与信号频率成正比的锯齿波信号,输入控制电压通过比较器与锯齿波信号比较产生移相脉冲,由触发器输出移相方波,利用积分器转换成三角波,再通过三角波 正弦波转换电路得到移相正弦波信号输出.介绍了各单元电路的工作原理,并给出了具体电路和实验波形图.关键词:积分器;模拟开关;移相器

中图分类号:T M930.2 文献标识码:A

文章编号:1006-4303(2010)06-0679-04

Design of the voltage -controlled phase -shifting circuit

LIU Guo -y ue,MEI Y-i min

(College of Inform ation Engineering,Zhejaing University of Techn ology,H an gzhou 310032,Ch ina)

Abstract:T his paper descr ibes a desig n o f vo ltag e controlled phase -shifting cir cuit.In this

method,the control phase is not chang ed w ith the signal frequency.The circuit is mainly com posed of the operational amplifier s,co mparators,analog sw itches and tr ig gers.The Zero -cro ssing co mparator is used to convert sinusoidal sig nal to square w ave sig nal.The mo nostable circuit is used to convert the frequency to voltage .The saw tooth sig nal,in w hich the slope is pro por tional to the sig nal frequency,is gener ated by an integ rato r and an analog sw itch..The input control vo ltag e is com pared with the saw tooth signal in the co mparator and the palus of shifting phase is generated.The phase -shifting square w ave is output by trigg er.The integ rato r is used to convert the square w ave into a triang ular w ave,and phase -shifting sine w ave signal is output thro ug h the tr iangular w ave -sine conversion circuit.In this paper,The w o rking principle of each unit circuit is introduced.and the specified cir cuit and ex perimental w aveforms are given.Key words:integr ator;analog sw itch;phase shifter 在大学传感器原理实验教学中,现实验装置中的移相器电路大多采用RC 网络移相电路,当RC 参数确定时,其输入输出相位差值随信号频率而变[1-2],学生在配合相敏检波器电路做一些传感器频

率特性实验中需监视相位关系做相应调整,使用不方便.实验中最好选用一种相位与频率无关的移相器,我们对实验装置中移相器电路进行了改进性设计,可满足实验需求.

1 设计概述

本设计主要采用模拟运算器等简易电路实现,电路框图如图1所示.输入正弦信号通过比较器电路转换为对应的方波信号,用单稳态电路和低通滤波器组成的频率/电压变换电路,同时利用方波信号

控制锯齿波电路产生同步的锯齿波,频率/电压变换

电路的输出连接到锯齿波发生器中的积分电路输入,锯齿波的斜率与信号频率值成正比,与当锯齿波电压大于移相控制电压时比较器输出翻转,通过D 触发器产生移相方波信号,该方波去控制模拟开关积分电路产生幅度相等的移相三角波信号,再通过三角波-正弦波转换电路输出移相正弦波信号输出[3]

.

图1 电路框图

Fig.1

Cir cuit diag ram

从时序波形图(图2)可得:与正弦信号同步的方波信号(图2a)用其上升沿触发的单稳态触发器产生脉宽 和幅值U P 都恒定的矩形波信号(图2b),U P 为触发器输出的逻辑高电平)其平均电压[4]

为

U = T

U P = U P f

(1)

平均电压U 与频率f 成正比,将其负电压输入

到积分器电路,则积分器输出为与时间成正比的锯齿波信号,其幅值电压为 U 0=

1R C

T/2

U

P

f d t =

1R C T 2 U P 1T = U P 2 R C

(

2)

图2 积分器及时序图

F ig.2

Integ rato r and t iming diag ram

由上式可知,锯齿波幅值与频率无关为一常量,其斜率为

K =

2 U 0T = U P

R C T

(3)该锯齿波与移相控制电压U r 通过电压比较器输出延时矩形波(图2c),再通过触发器分频产生移

相的方波(图2d),其延时时间为

t 1=

U r K =R C T U P

U r (4)移相方波通过电子模拟开关和积分器电路产生

相应的三角波信号,再通过三角波 正弦波函数转换电路生成移相正弦信号.则移相相位为

=t 1

T 360 =R C 360 U P

U r

(5)

由此可得,相位 与控制电压U r 成正比而与频

率f 无关.

2 工作原理

下面具体介绍电路工作原理:参照原理图(图3),电路工作电压V CC 为+5V,V EE 为-5V.正弦信号输入到双比较器(型号LM393)的U 1A 和U 1B 与零电平比较,比较器输出得到极性相反的两路方波信号(图4中的b,c),其中一路方波信号连接到触发器U 4B 和比较器U 5B 组成的单稳态触发器电路,U 4B 的Q 端输出脉宽保持恒定的矩形波信号(图4中的d),通过低通滤波器U 6A 得到其平均电压值.因矩形波脉宽和电压幅值保持恒定,所以低通滤波器U 6A 输出电压与输入信号频率成正比(图4中的e),完成频率/电压变换.

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