專利名稱：：電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領域：
：本實用新型涉及一種電能質(zhì)量信號發(fā)生裝置，尤其涉及一種用于模擬供電電網(wǎng)在實際運行時電壓的瞬變、可為電能質(zhì)量分析設備(如閃變儀、電能質(zhì)量分析儀等)提供測試信號的電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置。技術(shù)背景隨著精密制造的精細化，制造設備對電網(wǎng)供電質(zhì)量要求的提高，以及人們對環(huán)境保護意識的加強，市場上出現(xiàn)了電能質(zhì)量測試設備一電能質(zhì)量分析儀，同時提出對此類儀器進行校準的設備需求。電網(wǎng)電壓的瞬變一電壓驟升驟降，是電能質(zhì)量的一項重要內(nèi)容，用設備模擬電壓(交流正弦)的驟升驟降有很大的實用價值，電壓驟升驟降發(fā)生，在實際發(fā)生過程中，如果用一級波形發(fā)生電路，即利用其微控制器的軟件在合成波形時直接控制信號的升降，由于波形發(fā)生電路中的濾波器(如果不加濾波器，信號將產(chǎn)生失真)產(chǎn)生延時，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)逐點量化成數(shù)字量(量化的點數(shù)根據(jù)對波形的要求而定)，預先存儲于微控制器中，當需要輸出波形時，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)波形信號輸出端送至第一D/A轉(zhuǎn)換器的波形信號輸入端(即其參考電壓輸入端Uref)，微控制器的幅值控制信號輸出端與一第二D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號輸入端連接，該第二D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換器的幅值控制信號輸入端(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和幅值控制信號進行波形合成，在其輸出端輸出包絡是正弦的階梯波，.再經(jīng)后級的濾波器濾波，成為光滑的正弦波，經(jīng)后級功率放大器(PA)放大后輸出。該電路輸出信號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)量分析設備如閃變儀、.電能質(zhì)量分析儀等的測試需求。
實用新型內(nèi)容本實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發(fā)生裝置。一種電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置，其中微處理器、用于進行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形的第一D/A轉(zhuǎn)換芯片、用于進行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輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號輸入端連接。所述的電壓信號驟升驟降發(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、第二兩級運算放大器，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號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輸出端，其信號輸出端連接第一運算放大器的輸入端，第一運算放大器的輸出端通過一電阻連接第二運算放大器的輸入端，第二運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輸出A山頓。所述的電壓信號驟升驟降發(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輸出端，其輸出端連接乘法器的一個輸入端。'所述的電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置，其中所述增益控制器包括第四D/A轉(zhuǎn)換芯片、基準電壓信號發(fā)生器與第三、第四兩級運算放大器，其中，第西D/A轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓輸入端連接基準電壓信號發(fā)生器，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號輸出端，其信號輸出端連接第三運算放大器的輸入端，第三運算放大器的輸出端通過一電阻連接第四運算放大器的輸入端，第四運算放大器的輸出端連接所述乘法器的一個輸入端。本實用新型采用上述技術(shù)方案將達到如下的技術(shù)效果本實用新型的電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置，是在原有波形輸出電路的基礎上，增加一級程控增益放大器，對濾波器輸出的波形信號進行增益放大，.再經(jīng)功率放大器放大后輸出，實現(xiàn)輸出信號的驟升驟降；程控增益放大器可采用D/A轉(zhuǎn)換器與兩級運算放大器連接構(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與一微控制器控制增益的增益控制器輸出信號進行相乘運算，經(jīng)功率放大器放大后輸出，實現(xiàn)輸出信號的驟升驟降。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，輸出信號升降幅度大、波形陡峭，能夠滿足現(xiàn)在電能質(zhì)量分析設備如變儀、電能質(zhì)量分析儀等的測試需求。圖1為現(xiàn)有電壓信號發(fā)生裝置電路原理圖；圖2為本實用新型電壓信號驟升驟降發(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。具體實施方式實施例本實用新型的電壓信號驟升驟降發(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，用于進行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片，用于進行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輸出端連接第一'D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號輸入端，微處理器的幅值控制信號輸出端連接第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸入端，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸入端，第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號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輸入端，程控增益放大器的波形信號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輸入端連接微處理器的增益控制信號輸出端；由微處理器控制程控增益放大器的增益，進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。前級波形發(fā)生電路的濾波器已經(jīng)提供標準的正弦波電壓信號，該標準正弦波信號經(jīng)過程控增益放大器時，當程控增益放大器的增益在0.05~1.6范圍內(nèi)時，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、第二兩級運算放大器IC1'、IC2，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片(DAC0832)的波形信號輸入端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Uin，其增益控制信號輸入端'(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，其模擬電流信號輸出端Ioutl、1out2分別與第一運算放大器IC1的反相、同相輸入端對應連接；第一運算放大器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)部電阻為第一運算放大器提供反饋電阻；第一運算放大器IC1的輸出端通過一電阻Rl連接第二運算放大器IC2的反相輸入端，第二運算放大器IC2的同相輸入端被提供有基準電壓信號，第二運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。第一運算放大器IC1將兩輸入電流信號進行一級運算放大并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后經(jīng)輸出端輸出，其輸出的信號經(jīng)電阻Rl與第二運算放大器IC2的反相輸入端相連，第二運算放大器IC2將IC1的輸出信號進行二級運算放大后(本實施例中設計的放大倍數(shù)為2倍)，其輸出端輸出相應電壓信號Uout，該電壓信號Uout再經(jīng)功率放大單元PA放大后輸出。本實施例中，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)后面兩級運算放大器把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時進行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運算放大器輸出電壓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位二進制數(shù)NB輸出的電壓Uout<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1由上表可知，當輸入不同的二進制數(shù)增益控制數(shù)字量NB時，可控制輸出信號Uout的升降(大小)，當NB4255變化時，輸出電壓在0.7%199%變化。另外一種實施例中，程控增益放大器由一乘法器(在實施例中采用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Uin、增益控制器輸出的可變直流輸出電壓信號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輸出端，用于將微處理器輸出的二進制數(shù)增益控制數(shù)字量NB轉(zhuǎn)換成相應的直流輸出電壓信號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輸出端，將微處理器輸出的二進制數(shù)增益控制數(shù)字量NB轉(zhuǎn)化為直流電壓信號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)、經(jīng)數(shù)字電位器處理后的直流輸出電壓信號U-進行相乘運算，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制數(shù)增益控制數(shù)字量NB，微處理器將其轉(zhuǎn)換成對應的電壓信號，本實用新型的電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置輸出的電壓信號就產(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)、基準電壓信號發(fā)生器與第三、第四兩級運算放大器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連接基準電壓信號發(fā)生器的信號輸出端，用于接收基準電壓信號發(fā)生器輸出的基準電壓信號，其數(shù)據(jù)輸入端D(TD7連接微處理盔的增益控制信號輸出端，其模擬電流信號輸出端Ioutl、工out2分別連接第三運算放大器IC3的反相、同相輸入端，第三運算放大器的輸出端通過一電阻R3連接第.四運算放大器IC4的反相輸入端，第四運算放大器的同相輸入端被提供有基準電壓信號，第四運算放大器的輸出端連接所述乘法器的B輸入通道。第三運算放大器IC3將兩輸入電流信號進行一級運算放大并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后經(jīng)輸出端輸出，該輸出信號經(jīng)電阻R3與第四運算放大器IC4的反相輸入端相連，基準電壓發(fā)生器(用于輸出基準電壓Uref)通過電阻R5與第四運算放大器IC4的反相輸入端相連，第四運算放大器IC4的反相輸入端與輸出端之間連接有一反饋電阻R4，第四運算放大器IC4將第三運算放大器IC3的輸出信號和基準電壓進行反相相加后，在其輸出端輸出直流電壓信號U-，該電壓信號U-再輸入乘法器的B輸入通道。乘法器的A通道輸入信號Uin，B通道輸入可變的直流電壓U-，當輸入電壓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，當直流電壓U-幅值增大時，乘法器的輸出Uout的幅值就增大，當直流電壓U-幅值減小時，乘法器的輸出Uout的幅值就減?。籅通道的直流電壓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)部自動進行的)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Uref^0V，將式(2-2)代入(2-1)可得L/owz^^t//"(2畫3)27當NB=1255變化時，輸出電壓Uout即在0.7%~199°/。變化。權(quán)利要求1、一種電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置，其中微處理器、用于進行D/A轉(zhuǎn)換并合成波形的第一D/A轉(zhuǎn)換芯片、用于進行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輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號輸入端連接。2、如權(quán)利要求l所述的電壓信號驟升驟降發(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、第二兩級運算放大器，第三D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號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輸出端，其信號輸出端連接第一運算放大器的輸入端，第一運算放大器的輸出端通過一電阻連接第二運算放大器的輸入端，第二運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輸出端。4、如權(quán)利要求3所述的電壓信號驟升驟降發(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輸出端，其輸出端連接乘法器的一個輸入端。5、如權(quán)利要求3所述的電壓信號驟升驟降發(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、基準電壓信號發(fā)生器與第三、第四兩級運算放大器，其中，第四D/A轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓輸入端連接基準電壓信號發(fā)生器，其數(shù)據(jù)輸入端連接微處理器的增益控制信號輸出端，其信號輸出端連接第三運算放大器的輸入端，第三運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，第四運算放大器的輸出端連接所述乘法器的一個輸入端。專利摘要本實用新型提供了一種電壓信號驟升驟降發(fā)生裝置，其微處理器的波形信號輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號輸入端，微處理器的幅值控制信號輸出端連接第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸入端，第二D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸出端連接第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的幅值控制信號輸入端，第一D/A轉(zhuǎn)換芯片的波形信號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輸出端，與程控增益放大器的增益控制信號輸入端連接。其是在原有波形輸出電路的基礎上，增加一級程控增益放大器，對濾波器輸出的波形信號進行增益放大，再經(jīng)功率放大器放大后輸出，實現(xiàn)輸出信號的驟升驟降。文檔編號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:河南思達高科技股份有限公司