專利名稱：：電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種電能質(zhì)量信號(hào)發(fā)生裝置，尤其涉及一種用于模擬供電電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)電壓的瞬變、可為電能質(zhì)量分析設(shè)備(如閃變儀、電能質(zhì)量分析儀等)提供測試信號(hào)的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置。技術(shù)背景隨著精密制造的精細(xì)化，制造設(shè)備對電網(wǎng)供電質(zhì)量要求的提高，以及人們對環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，市場上出現(xiàn)了電能質(zhì)量測試設(shè)備一電能質(zhì)量分析儀，同時(shí)提出對此類儀器進(jìn)行校準(zhǔn)的設(shè)備需求。電網(wǎng)電壓的瞬變一電壓驟升驟降，是電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要內(nèi)容，用設(shè)備模擬電壓(交流正弦)的驟升驟降有很大的實(shí)用價(jià)值，電壓驟升驟降發(fā)生，在實(shí)際發(fā)生過程中，如果用一級(jí)波形發(fā)生電路，即利用其微控制器的軟件在合成波形時(shí)直接控制信號(hào)的升降，由于波形發(fā)生電路中的濾波器(如果不加濾波器，信號(hào)將產(chǎn)生失真)產(chǎn)生延時(shí)，電壓升降沿不能做到十分陡峭，如圖1電路示意圖將要發(fā)生的波形(正弦波)逐點(diǎn)量化成數(shù)字量(量化的點(diǎn)數(shù)根據(jù)對波形的要求而定)，預(yù)先存儲(chǔ)于微控制器中，當(dāng)需要輸出波形時(shí)，微控制器將該數(shù)字形式的電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電平經(jīng)波形信號(hào)輸出端送至第一D/A轉(zhuǎn)換器的波形信號(hào)輸入端(即其參考電壓輸入端Uref)，微控制器的幅值控制信號(hào)輸出端與一第二D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號(hào)輸入端連接，該第二D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號(hào)輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號(hào)輸入端(即其數(shù)據(jù)輸入端)；第一D/A轉(zhuǎn)換器將兩輸入端分別輸入的電平信號(hào)和幅值控制信號(hào)進(jìn)行波形合成，在其輸出端輸出包絡(luò)是正弦的階梯波，.再經(jīng)后級(jí)的濾波器濾波，成為光滑的正弦波，經(jīng)后級(jí)功率放大器(PA)放大后輸出。該電路輸出信號(hào)的升降幅度是由微處理器內(nèi)的軟件通過第二D/A轉(zhuǎn)換芯片控制第一D/A轉(zhuǎn)換芯片合成波形的幅值來實(shí)現(xiàn)的，而經(jīng)濾波器濾波后變?yōu)槠交?正弦波，輸出波形不夠陡峭，不能滿足現(xiàn)在電能質(zhì)量分析設(shè)備如閃變儀、.電能質(zhì)量分析儀等的測試需求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠產(chǎn)生升降幅度大、波形陡峭的電壓信號(hào)發(fā)生裝置。一種電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中微處理器、用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形的第一D/A轉(zhuǎn)換芯片、用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并控制合成波形幅值的第二D/A轉(zhuǎn)換芯片、濾波器以及功率放大單元組成波形發(fā)生電路，其中該電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置還包括一程控增益放大器，其連接在所述濾波器與功率放大單元之間；所述微處理器還具有一增益控制信號(hào)輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號(hào)輸入端連接。所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中所述程控增益放大器包括一第三D/A轉(zhuǎn)換芯片和第一、第二兩級(jí)運(yùn)算放大器，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸入端連接所述濾波器的輸出端，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端連接第一運(yùn)算放大器的輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端通過一電阻連接第二運(yùn)算放大器的輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端連接所述功率放大單元的輸入端。所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中所述程控增益放大器包括一乘法器、一增益控制器，乘法器的兩輸入端分別連接所述濾波器的輸出端、該增益控制器的輸出端，該增益控制器的輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出A山頓。所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中所述增益控制器為一數(shù)字電位器，其輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其輸出端連接乘法器的一個(gè)輸入端。'所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中所述增益控制器包括第四D/A轉(zhuǎn)換芯片、基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器與第三、第四兩級(jí)運(yùn)算放大器，其中，第西D/A轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓輸入端連接基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端連接第三運(yùn)算放大器的輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端通過一電阻連接第四運(yùn)算放大器的輸入端，第四運(yùn)算放大器的輸出端連接所述乘法器的一個(gè)輸入端。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案將達(dá)到如下的技術(shù)效果本實(shí)用新型的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，是在原有波形輸出電路的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)程控增益放大器，對濾波器輸出的波形信號(hào)進(jìn)行增益放大，.再經(jīng)功率放大器放大后輸出，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的驟升驟降；程控增益放大器可采用D/A轉(zhuǎn)換器與兩級(jí)運(yùn)算放大器連接構(gòu)成，由微控制器控制增益，也可采用乘法器，將濾波器輸出的信號(hào)與一微控制器控制增益的增益控制器輸出信號(hào)進(jìn)行相乘運(yùn)算，經(jīng)功率放大器放大后輸出，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的驟升驟降。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號(hào)升降幅度大、波形陡峭，能夠滿足現(xiàn)在電能質(zhì)量分析設(shè)備如變儀、電能質(zhì)量分析儀等的測試需求。圖1為現(xiàn)有電壓信號(hào)發(fā)生裝置電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置的電路原理圖；圖3為一種程控增益放大器的電路圖；圖4為另一種程控增益放大器的電路圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例本實(shí)用新型的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置的電路原理圖如圖2所示，其波形發(fā)生電路包括微處理器，第一D/A轉(zhuǎn)換芯片，用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片，用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并控制第一D/A轉(zhuǎn)換芯片合成波形的幅值，濾波器以及功率放大單元，微處理器的波形信號(hào)輸出端連接第一'D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸入端，微處理器的幅值控制信號(hào)輸出端連接第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸入端，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸入端，第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸出端連接濾波器的輸入端，濾波器的輸出端連接一程控增益放大器的波形信號(hào)輸入端，程控增益放大器的波形信號(hào)輸出端連接功率放大單元的輸入端，程控增益放大器的增益控制信號(hào)輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端；由微處理器控制程控增益放大器的增益，進(jìn)而在功率放大單元的輸出端輸出升降幅度大、波形陡峭的電壓波形信號(hào)。前級(jí)波形發(fā)生電路的濾波器已經(jīng)提供標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)經(jīng)過程控增益放大器時(shí)，當(dāng)程控增益放大器的增益在0.05~1.6范圍內(nèi)時(shí)，那么電壓能驟升到160%，驟降到5%，可根據(jù)需要驟升驟降的要求來設(shè)置程控增益放大器的增益范圍。為了使波形驟升驟降的沿更加陡峭，程控增益放大器還需要有高的壓擺率。圖3為一種程控增益放大器的電路圖，該程控增益放大器包括一第三D/A轉(zhuǎn)換芯片(采用DAC0832)和第一、第二兩級(jí)運(yùn)算放大器IC1'、IC2，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的波形信號(hào)輸入端Uref(參考電壓輸入端)連接所述濾波器的輸出端，用于接收濾波器輸出的電壓信號(hào)Uin，其增益控制信號(hào)輸入端'(數(shù)據(jù)輸入端)D(TD7連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，用于接收微處理器輸出的增益控制數(shù)字量NB，其模擬電流信號(hào)輸出端Ioutl、1out2分別與第一運(yùn)算放大器IC1的反相、同相輸入端對應(yīng)連接；第一運(yùn)算放大器IC1的輸出端與第三D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的反饋電阻引出端Rf連接，由第三D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的內(nèi)部電阻為第一運(yùn)算放大器提供反饋電阻；第一運(yùn)算放大器IC1的輸出端通過一電阻Rl連接第二運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端，第二運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端被提供有基準(zhǔn)電壓信號(hào)，第二運(yùn)算放大器的輸出端與反相輸入端之間連接反饋電阻R2，第二運(yùn)算放大器的輸出端連接所述功率放大單元的輸入端。第一運(yùn)算放大器IC1將兩輸入電流信號(hào)進(jìn)行一級(jí)運(yùn)算放大并將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)輸出端輸出，其輸出的信號(hào)經(jīng)電阻Rl與第二運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端相連，第二運(yùn)算放大器IC2將IC1的輸出信號(hào)進(jìn)行二級(jí)運(yùn)算放大后(本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的放大倍數(shù)為2倍)，其輸出端輸出相應(yīng)電壓信號(hào)Uout，該電壓信號(hào)Uout再經(jīng)功率放大單元PA放大后輸出。本實(shí)施例中，所述的第三D/A轉(zhuǎn)換芯片采用DAC0832，是8位CMOSD/A芯片，正弦波從其參考電壓輸入端Uref輸入，變換為電流信號(hào)Ioutl輸出，輸出電流Ioutl幅度受數(shù)據(jù)輸入端D0D7輸入的微處理器增益控制信號(hào)數(shù)字量NB的控制，關(guān)系為1outl^，W"(1-1)該輸出電流Ioutl經(jīng)后面兩級(jí)運(yùn)算放大器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行2倍放大輸出，根據(jù)圖中電路接法可知Uoilt=7(1-2)按照上式可得出兩級(jí)運(yùn)算放大器輸出電壓Uout與輸入電壓Uin及微控制器輸出的從0255的8位二進(jìn)制數(shù)增益控制數(shù)字量NB關(guān)系，如下表〈表1)。輸入的8位二進(jìn)制數(shù)NB輸出的電壓Uout<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1由上表可知，當(dāng)輸入不同的二進(jìn)制數(shù)增益控制數(shù)字量NB時(shí)，可控制輸出信號(hào)Uout的升降(大小)，當(dāng)NB4255變化時(shí)，輸出電壓在0.7%199%變化。另外一種實(shí)施例中，程控增益放大器由一乘法器(在實(shí)施例中采用AD633)、一增益控制器構(gòu)成，乘法器(AD633)的A、B兩輸入通道分別連接所述濾波器的輸出端、增益控制器的輸出端，分別用于接收濾波器輸出的正弦交流信號(hào)Uin、增益控制器輸出的可變直流輸出電壓信號(hào)U-，該增益控制器的輸入端D0D7連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，用于將微處理器輸出的二進(jìn)制數(shù)增益控制數(shù)字量NB轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流輸出電壓信號(hào)U-;乘法器的輸出端連接所述功率放大器PA的輸入端。所述增益控制器可為一數(shù)字電位器，將其輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，將微處理器輸出的二進(jìn)制數(shù)增益控制數(shù)字量NB轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào)U-，經(jīng)輸出端送至乘法器的B輸入通道，乘法器將兩輸入通道分別輸入的Uin(即濾波器輸出的電壓波形信號(hào))、經(jīng)數(shù)字電位器處理后的直流輸出電壓信號(hào)U-進(jìn)行相乘運(yùn)算，將結(jié)果送至功率放大器放大后輸出；微處理器輸出不同的二進(jìn)制數(shù)增益控制數(shù)字量NB，微處理器將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓信號(hào)，本實(shí)用新型的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置輸出的電壓信號(hào)就產(chǎn)生不同的升降變化。所述增益控制器還可由一第四D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)、基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器與第三、第四兩級(jí)運(yùn)算放大器IC3、IC4構(gòu)成，其中，第四D/A轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓輸入端Uref連接基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端，用于接收基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器輸出的基準(zhǔn)電壓信號(hào)，其數(shù)據(jù)輸入端D(TD7連接微處理盔的增益控制信號(hào)輸出端，其模擬電流信號(hào)輸出端Ioutl、工out2分別連接第三運(yùn)算放大器IC3的反相、同相輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端通過一電阻R3連接第.四運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端，第四運(yùn)算放大器的同相輸入端被提供有基準(zhǔn)電壓信號(hào)，第四運(yùn)算放大器的輸出端連接所述乘法器的B輸入通道。第三運(yùn)算放大器IC3將兩輸入電流信號(hào)進(jìn)行一級(jí)運(yùn)算放大并將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)輸出端輸出，該輸出信號(hào)經(jīng)電阻R3與第四運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端相連，基準(zhǔn)電壓發(fā)生器(用于輸出基準(zhǔn)電壓Uref)通過電阻R5與第四運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端相連，第四運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端與輸出端之間連接有一反饋電阻R4，第四運(yùn)算放大器IC4將第三運(yùn)算放大器IC3的輸出信號(hào)和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行反相相加后，在其輸出端輸出直流電壓信號(hào)U-，該電壓信號(hào)U-再輸入乘法器的B輸入通道。乘法器的A通道輸入信號(hào)Uin，B通道輸入可變的直流電壓U-，當(dāng)輸入電壓Uin不變的情況下，乘法器的輸出Uout的幅度就受B通道直流電壓U-的控制，當(dāng)直流電壓U-幅值增大時(shí)，乘法器的輸出Uout的幅值就增大，當(dāng)直流電壓U-幅值減小時(shí)，乘法器的輸出Uout的幅值就減小；B通道的直流電壓U-的幅度大小受微控制器控制，則乘法器的輸出Uout的幅度大小即是受控于微控制器的程序控制。由圖4中乘法器AD633的接法可知，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(注上式中除以10v是乘法器AD633內(nèi)部自動(dòng)進(jìn)行的)U-是由微控制器送入不同的數(shù)字量NB給第四D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，由它產(chǎn)生相應(yīng)的直流電壓，根據(jù)上圖電路的接法，可知'<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(2-2)按照式(2-2)可算出直流電壓U-與輸入二進(jìn)制數(shù)字量NB的關(guān)系，如下面表2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>10000001丄"<12810000000001111111127128...00000001-~^~C/re/128000000002當(dāng)Uref^0V，將式(2-2)代入(2-1)可得L/owz^^t//"(2畫3)27當(dāng)NB=1255變化時(shí)，輸出電壓Uout即在0.7%~199°/。變化。權(quán)利要求1、一種電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其中微處理器、用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形的第一D/A轉(zhuǎn)換芯片、用于進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并控制合成的波形幅值的第二D/A轉(zhuǎn)換芯片、濾波器以及功率放大單元組成波形發(fā)生電路，其特征在于該電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置還包括一程控增益放大器，其連接在所述濾波器與功率放大單元之間；所述微處理器還具有一增益控制信號(hào)輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號(hào)輸入端連接。2、如權(quán)利要求l所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其特征在于所述程控增益放大器包括一第三D/A轉(zhuǎn)換芯片和第一、第二兩級(jí)運(yùn)算放大器，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸入端連接所述濾波器的輸出端，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端連接第一運(yùn)算放大器的輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端通過一電阻連接第二運(yùn)算放大器的輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端連接所述功率放大單元的輸入端。3、如權(quán)利要求l所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其特征在于所述程控增益放大器包括一乘法器、一增益控制器，乘法器的兩輸入端分別連接所述濾波器的輸出端、該增益控制器的輸出端，該增益控制器的輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端。4、如權(quán)利要求3所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其特征在于所述增益控制器為一數(shù)字電位器，其輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其輸出端連接乘法器的一個(gè)輸入端。5、如權(quán)利要求3所述的電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其特征在于所述增益控制器包括第四D/A轉(zhuǎn)換芯片、基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器與第三、第四兩級(jí)運(yùn)算放大器，其中，第四D/A轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓輸入端連接基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)生器，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端連接第三運(yùn)算放大器的輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端通過一電阻連接第四fe算放大器的輸入端，第四運(yùn)算放大器的輸出端連接所述乘法器的一個(gè)輸入端。專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電壓信號(hào)驟升驟降發(fā)生裝置，其微處理器的波形信號(hào)輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸入端，微處理器的幅值控制信號(hào)輸出端連接第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸入端，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號(hào)輸入端，第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號(hào)輸出端連接濾波器的輸入端，其還包括一程控增益放大器，連接在所述濾波器輸出端與功率放大單元輸入端之間；所述微處理器還具有一增益控制信號(hào)輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號(hào)輸入端連接。其是在原有波形輸出電路的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)程控增益放大器，對濾波器輸出的波形信號(hào)進(jìn)行增益放大，再經(jīng)功率放大器放大后輸出，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的驟升驟降。文檔編號(hào)G01R1/28GK201096814SQ20072009237公開日2008年8月6日申請日期2007年10月25日優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日發(fā)明者旭岳,崔傳新,楊玉和,王新亞申請人:河南思達(dá)高科技股份有限公司