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用作直流偏置交流源的双T型功率振荡电路设计 - 信号处理电子

2019/3/21 20:14:28;
来源:唯样商城 作者:华仔 浏览:484

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摘要: 简介: 交流测试设备通常需要一种低失真的信号源作待测设备的激励。常见的办法是用一台信号发生器,产生一个低失真的基准信号,将其送入一个功率放大器以驱动待测设备。本设计实例提出了一种较轻便的替代方案。

  交流测试设备通常需要一种低失真的信号源作待测设备的激励。常见的办法是用一台信号发生器,产生一个低失真的基准信号,将其送入一个功率放大器以驱动待测设备。本设计实例提出了一种较轻便的替代方案。

  图1是一个振荡器,它产生一个有功率驱动能力的低失真正弦信号。功率振荡器主要由两部分构成:一个双T型网络,还有一个大功率低压降稳压器。双T网络有两个并联的T型滤波器:一个低通滤波器和一个高通滤波器。双T网络经常被选用于陷波滤波器。低压降稳压器作信号放大,驱动负载。此电路中的稳压器包括一个电流基准的电压跟随器结构。它从Set至Out管脚有单位增益,电流基准是一个精密的10μA电流源。Set脚的RSET电阻设定输出的直流电平。在Out和Set脚之间连接一个双T型网络后,得到的陷波滤波器可同时衰减高频和低频分量,使中心频率顺利通过。

  对双T网络的小信号分析表明,中心频率处的增益为最大值。当K因数从2增加到5时,双T振荡器的最大增益从1增长到1.1(图2)。当K因数大于5时,最大增益下降。因此,增益大于单位增益时,K因数要选择为3~5之间。环路增益必须是单位增益,以保持振荡的稳定。所以,需要一个电位计来调节环路增益,控制振荡幅度。

  用作直流偏置交流源的双T型功率振荡电路设计

  图1,此振荡器生成一个有功率驱动能力的低失真正弦信号。图2,双T网络的增益随图1中的K值而改变。

  双T振荡器可以驱动感性、容性或阻性负载。低压降稳压器的电流限制是振荡器驱动能力的唯一限制因素。负载特性限制了最大可编程频率。例如,一个有4.7μF输出电容的10Ω阻性负载在高于8kHz频率时会造成7%的THD,虽然图3电路中在 400 Hz时THD是0.1%。双T振荡器的线路调节与负载调节特性与LT3080相同。它亦可工作在宽的温度范围内。

  为了实现增益的自动调节,可以用一只灯泡替代电位计,或采用一支电压调制的阻性MOSFET。由于自发热效应,灯泡的电阻随振荡幅度而升高,因此用于控制环路增益,维持振荡。图4中通过一个齐纳二极管检测峰值电压,当振幅增大时,MOSFET的电阻下降。环路增益亦减少,以维持振荡。

  用作直流偏置交流源的双T型功率振荡电路设计

  图3,用一个灯泡代替电位计可以实现增益自动控制 图4,用一个电阻可变的MOSFET代替电位计,可以实现增益的自动控制。

  图5给出了使用灯泡时双T振荡器的测试波形。5V直流偏压时输出调在4V 峰峰值电压(图6)。双T振荡器频率为400 Hz,0.1% THD。最大的谐波贡献来自于小于4 mV峰峰值的二次谐波。图6是使用MOSFET的双T振荡器测试波形。THD为1%,有40 mV 峰峰值的二次谐波。

  用作直流偏置交流源的双T型功率振荡电路设计

  图5,图3振荡器的测试波形显示0.1% THD的低失真。图6,图4振荡器的测试波形显示1% THD的低失真。

  图7,图3电路的波形显示,灯泡振荡器的起振缓慢。图8,T图4电路的波形显示,MOSFET振荡器的起振快速。

  振荡器的起振是另一个重要问题。两种电路都没有低频摆动,这在其它种类振荡器中很常见。图7和图8的波形几乎没有过冲。使用MOSFET的振荡器要比使用灯泡的振荡器稳定更快,因为灯泡有加热效应,热常数更大。对于需要低失真和功率驱动能力的应用,可以将简单电路作为直流偏置的交流源。

  本文介绍了使用MSP430作为主处理器实现可充电的触屏遥控模块,该设计方案支持红外(IR)信号传输,且可扩展RF和NFC无线传输方式;用户输入采用触摸按键实现,设计简洁美观;系统可由电池供电,且自带可充电模块,可由USB或者直流电源适配器充电。TI的430系列MCU产品功耗低,可为便携式电子设备提供更长的使用寿命;其内嵌LCD驱动器,可以方便实时显示监测数据;其支持多种触摸按键实现方式,设计简便灵活。

  遥控设备在日常生活中非常易见,家电遥控器、玩具遥控器等方便了用户对设备的控制。针对不同需求,遥控设备设计也不同,例如电视机遥控器不带显示屏,通常用红外信号传输;空调遥控器则带显示屏,常用红外(IR)和射频(RF)传输信号;另有一些高端遥控产品可通过手机等更新固件,实现版本的升级。本文介绍了一套用于遥控设备的通用方案,该方案支持LCD显示;支持红外通信且可扩展射频通信方式;用户输入采用触摸按键实现,时尚美观;本方案预留NFC接口,可扩展NFC功能;在电源管理方面,支持电池供电,USB充电和无线充电,方便实用。

  可充电触屏遥控模块方案设计传统的遥控模块采用机械按键实现,本方案采用触摸按键设计,按键和显示在同一块LCD屏上,外形时尚、美观。本方案作为参考设计,除了遥控器基本功能(按键,显示,发射,按键声)外,还设计了充电和USB模块,并扩展了RF和NFC接口。可充电方式提高了灵活性,用户仅需要充电而不必更换电池。USB模块可实现和PC端应用软件通信。本方案不仅仅是遥控器方案,在其他应用领域,本方案也有很大的参考价值,用户仅需要根据需求对本方案功能模块进行裁剪即可。本方案电源模块支持电池供电和USB或直流适配器充/供电;触摸按键采用比较器B实现;RF和NFC模块采用SPI和MCU接口;MSP430自带的USB模块可方便与PC端应用软件接口,实现PC和MCU的双向通信。

  电源模块设计

可充电触屏遥控模块电路设计

  本系统采用电池供电,且设计了充电电路,支持USB或直流充电。电源经LDO稳压后输出3.3V供给MCU,保证MCU工作电压的稳定。其电路实现如图4所示。

  LCD及背光模块设计

可充电触屏遥控模块电路设计

  MSP430F6638自带LCD控制器,可方便地驱动段式LCD屏。屏幕背光亮度由TImer输出PWM波控制,调节方便。背光电路设计如图5所示。通过改变PWM的频率和占空比,可改变背光亮度,从而改变LCD屏视觉效果。

  触摸按键设计

可充电触屏遥控模块电路设计

  MSP430F6638自带比较器B,最多可支持12个触摸按键,比较器B的输出接入TImer的CLK输入端,当手指按下,触摸感应区电容值发生了变化,比较器翻转周期变长,比较器输出作为TImer的计数脉冲,在固定的时间内计数值变小,根据固定时间内Timer计数值的变化来判断按键动作。通过合适配置寄存器和软件算法处理,可实现触摸按键检测。电路设计如图6所示。注意为了降低噪声,每通道外接电阻不宜过小,可选500k左右。

  红外发射模块设计

可充电触屏遥控模块电路设计

  红外模块采用普通红外管实现,通过配置Timer输出合适的PWM波实现红外编码。红外发射瞬间电流较大,通过MCU的GPIO控制三极管驱动红外发射灯管,提高发射电流。红外发射模块需配合接收模块采用同样的编码格式实现通信。红外模块 如图7所示。

  本方案使用MSP430F6638作为主处理器,展示了用其实现触屏遥控器的电子模块设计实例。在遥控器,无线设备以及其它需要按键和显示的应用场合均可参考本方案。MSP430丰富的产品线也为前述应用场合提供了丰富的选择,客户可根据具体需求选择合适的产品,达到最优性价比。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67
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