閃變信號電路的設(shè)計與實現(xiàn)

1 閃變信號電路的構(gòu)成與原理
1．1 電路構(gòu)成
閃變信號電路由電網(wǎng)電壓取樣和正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路、倍頻電路或分頻電路、時鐘信號形成電路(包括鎖相環(huán)和分頻電路)、相位同步電路(即地址發(fā)生器清零信號形成電路)、閃變信號產(chǎn)生電路(包括EPROM，D／A轉(zhuǎn)換電路和運算放大器)等五個部分組成，如圖1所示。其基本思想是先將電網(wǎng)電壓ui變換成一個電壓方波信號，將電壓方波信號分頻后(如n=4)得到基準(zhǔn)電壓方波信號(頻率即為12．5 Hz)，輸入到鎖相環(huán)，鎖相環(huán)輸出信號經(jīng)m分頻電路(如m＝1 024)后再送回鎖相環(huán)，作為基準(zhǔn)電壓方波信號的比較信號。當(dāng)鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時，鎖相環(huán)輸出頻率為基準(zhǔn)電壓方波信號m倍的時鐘信號。該時鐘信號送人地址發(fā)生器，然后依次讀取出事先固化在EPROM中的數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)閃變信號，再經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換和運算放大器，變換成閃變信號電壓。

1．2 電路原理
閃變信號電路的主要電路如圖2所示。

電網(wǎng)電壓取樣與正弦波一方波轉(zhuǎn)換電路由變壓器取樣、過零比較器組成，其輸出的電壓方波信號與電網(wǎng)電壓同步。
相位同步電路即4040清零信號的形成電路，如圖2(a)所示。將基準(zhǔn)方波電壓信號送入D觸發(fā)器40175分頻，輸出6．25 Hz的方波(保證一周產(chǎn)生一次清零信號)，再將其信號及其經(jīng)過非門4096后的反相信號一起送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4528，經(jīng)或門4071后得到4040的清零信號，以實現(xiàn)4040的1 024分頻計數(shù)，從而保證對EPROM中數(shù)據(jù)的正確讀取。
時鐘信號形成電路如圖2(b)所示。將基準(zhǔn)電壓方
波信號輸入鎖相環(huán)，由鎖相環(huán)輸出電路所需的時鐘信號。在鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)下，該時鐘信號頻率為基準(zhǔn)電壓方波信號頻率的1 024倍。該時鐘信號經(jīng)分頻器4040實現(xiàn)1 024分頻，所得信號作為鎖相環(huán)的比較信號。將此時鐘信號送人地址發(fā)生器4040。
閃變信號產(chǎn)生電路由地址發(fā)生器4040，EPROM27C256，DAC0832和OP07組成，如圖2(c)所示。其核心是EPROM27C256和DAC0832?？墒孪扔蒑atlab編程產(chǎn)生的一個周期的閃變信號，再由Matlab進行1 024分頻離散采樣，算好其幅值后按序排成數(shù)據(jù)表存入EPROM中。
鎖相環(huán)輸出的時鐘信號輸入到地址發(fā)生器4040，4040順序掃描存入EPROM中的數(shù)據(jù)表，代表閃變信號幅值的8位二進制數(shù)被送到DAC0832，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。周而復(fù)始，產(chǎn)生一串階梯閃變波形。由于DAC0832為電流型器件，因此必須與運算放大器連接，構(gòu)成D／A轉(zhuǎn)換器。

2 關(guān)鍵電路參數(shù)設(shè)計
鎖相環(huán)CD4046是整個電路關(guān)鍵器件之一，其鎖定范圍和外圍電阻R4，R5及電容C2有很大關(guān)系。R3和C1構(gòu)成了鎖相環(huán)CD4046的外接低通濾波器。