绝对值电路在模数变换中的应用

绝对值电路在模数变换中的应用绝对值电路/模数变换/高保真变换1引言把模拟量变成数字量进行显示或向计算机传输,都要进行模数变换。而通常的模数变换器需要输入的信息都是直流电压型的。这就意味着,如果我们需要进行数字化的物理量是交流信号(例如交流电压或电流等),就需要将这些信号转化成直流电压输送到模数变换器。不同极性的信号包含着它们各自的大小、形态等不同参数。传送到模数变换器的信息仅仅是把他们的极性同一起来,各自的参数必须原原本本地保持。只有将这种具有高保真度的直流信号送到模数变换器才能得到与实际相符的数字信息或实施更精确的控制。运用运算放大器构建的绝对值输出、绝对值倍乘、负值输出及同类型的电路,可以实现这样的信号变换和传输。2模数变换的绝对值电路2.1绝对值输出电路图1是一个典型的绝对值输出器电路。虚线框内的电路以YF1为核心,构成当输入点A为正时输出点C为负;输入点A为负时输出点C为零的结构。虚线框外的电路构成加法器。设A点输入信号IN=+V,YF1输出为负,D1截止,D2导通。因YF1的正输入端为零电位,运算放大器的性质决定了YF1的工作状态必然使B点始终处于零电位。由于R1=R2,C点电位等于-V。于是E点输出为:电路中的电阻搭配,R1=R2;R5=2R3。如果R6是R5的倍数则构成绝对值输出倍乘器。不过该倍数的选取应大于等于1。2.2负值输出电路在控制和模数变换系统中有时需要将正负变化的信号变成幅度相等的负值,其本质也属于绝对值变换。下面图2的电路不失为一种选择:设M点的输入信号INM为正值,则YF01输出正值,D02截止,D01导通,使N、P点电位与M点相同,YF02构成1:1反向放大器,使W点的输出OUTW=-INM若M点的输入信号为负值,则D01截止,D02导通,YF02的输出电压反馈至N点并使其与M点电位相等,两级运算放大器构成串联的电压跟随器,使W点的输出OUTW=INM。不过由于YF02的隔离和延迟,在交流信号的负半波输入时YF01会发生微弱的高频振荡。加入R05、C1负反馈即可消除振荡。由于C1电容非常小,对工频级信号没有影响。输入信号为直流时不会发生震荡。当然,实现以上功能的电路形式应该还很多。2.3多路系统的绝对值取样图3展示了一个晶闸管可控整流电路的电流取样和控制的传统模式图。在图3电路中,电流互感器HG1和HG2对主回路电流取样后经过由D1-6二极管搭建的三相全波整流桥整流后输出。这个电路用于电流反馈,实施主回路电流最大值的限定,是大量的可控晶闸管整流装置采取的模式。但是由D1-6整流获得的直流信号不能适用于数字电路。因为二极管的导通阀值(硅二极管0.6V左右)和导通非线性的存在,使得小信号输出时失真太大。采用图4所示的电路,并仍然采用与图3相同的两只电流互感器取样,通过三路绝对值加法器处理和变换,可以实现高保真的反馈信息传输。输出波形与图3主回路大电流时R1的波形相同。不但可以送到模数变换器变成数字信号输出,也可以直接送到反馈控制电路实现更精确和更大范围的控制。三路绝对值加法器的工作原理与图1完全相同。三相信号分别从S1、S2、S3处输入,由YF1-4及相关电阻构成六路加法器。由此推论,按图4模式可以构建更多路数的数据整合电路。绝对值一类电路的运算放大器,必须由高度对称的双电源供电,防止饱和和接近饱和。一般运算放大器适用电压从±5V至±16V,可以通过选择电源电压或信号衰减的方式使运算放大器的工作状态远离饱和区。3结束语经过验证,用运算放大器搭建的上述电路很好地实现了信号的高保真变换,电路简单而价廉。用一只电流互感器,配上图1所示的电路并对输出进行适当衰减后送到模数变换器(例如ICL7107),就可以做出一个精度很高的数字式交流电流表。因此,用运算放大器搭建的绝对值电路,在自动控制领域中进行数据取样、计量和显示环节中具有举足轻重的地位。吴健吴伟贾仟伟