Проектиране и отстраняване на грешки във високоточен източник на напрежение за тестери на сигнали с използване на MAX038 и BTL усилване

1 Проектиране на хардуера на източника на ток за тестер

Това устройство използва стандартно устройство за генериране на малки сигнали, за да произвежда малко-токови сигнали с необходимата честота и фазов ъгъл. След това, чрез усилвателната и фазово-модулиращата схема, се генерира работния източник на ток.

1.1 Устройство за генериране на малко-токови сигнали с синусоидална вълна на силоплътността

Синусоидната генерираща схема е основно съставена от чипа за генериране на форми MAX038, произведен от американската корпорация MAXIM. Според изискванията за тестове, тази схема изисква 3 чипа и може да генерира поне 3-канални синусоидни сигнали. MAX038 е високочестотен прецизен функционален генератор. Чрез изграждане на проста периферна схема (вижте фигура 1) и контролиране на пиновете A₀ и A₁ (вижте таблица 1), могат да бъдат генерирани синусоидни, правоъгълни и триъгълни вълни.

Регулиране на честотата: Когато пинът FADJ е на нулево ниво, изходната честота може да бъде изчислена по формулата Fₐ = I_IN / C_f (където I_IN= V_ref/ R_in; Fₐ е изходната честота, в МХц; C_f е външната емпирична капацитетна емпия на осцилатора, в пФ; I_IN е изходният ток на пина I_N, в μА; V_ref е изходното напрежение на пина REF; R_in е входното съпротивление на пина IN).

Регулиране на цикличната дължина: Промяната на напрежението на пина DADJ ще промени относителните скорости на зареждане и разтоварване на кондензатора C_f. Когато пинът DADJ е на нулево ниво, цикличната дължина е 50%. Когато напрежението на пина DADJ се променя в диапазона -2.3～2.3 В, цикличната дължина се променя в диапазона 85%～15%. Регулирането на цикличната дължина може да бъде изчислена по формулата V_dadj =₋50%- DC×0.0575 (където V_dadj е напрежението на пина DADJ).

1.2 Реализация на единичен, тримерен и двумерен ортогонален изход на малко-токови сигнали

Вътрешният фазов детектор на MAX038 може да бъде използван за изграждане на фазово-спряганата схема. Когато тримерни правоъгълни вълни са вкаране към PDI терминалите на три MAX038, трите синусоидни сигнала, изходящи от тях, ще бъдат тримерни AC сигнали. За единичен сигнал изход, две синусоидни генератори могат да бъдат изключени, и само третият синусоиден генератор работи.

Няма нужда да се вкарват сигнали за регулиране на фазата към PDI. Принципът на двумерния ортогонален сигнал изход е същият като при тримерния изход. Първо, изключи един синусоиден генератор, а след това приложи два ортогонални правоъгълни сигнала към PDI терминалите на останалите два синусоидни генератора. Двата синусоидни сигнала, изходящи от тях, ще бъдат двумерни ортогонални AC сигнали. Този правоъгълният външен синхронизиращ сигнал е реализиран чрез програмируем PLD. Разделете тримерния силоплътен квадратен вълнов сигнал на 6 състояния (вижте фигура 2).

Очевидно, временната разлика между всяко състояние е 3.3 мс (с период от 20 мс при 50 Хц). Ако всеки от 6-те изходни състояния продължават по 3.3 мс и циклизира безкрайно в положителна последователност, тримерният силоплътен квадратен вълнов сигнал може да бъде изведен. Аналогично, обработете двумерния ортогонален сигнал и разделете го на 4 състояния (S₇, S₈, S₉, S₁₀). Временната разлика между всяко състояние е 5 мс. Ако всеки от 4-те изходни състояния продължават по 5 мс и циклизира безкрайно в положителна последователност, двумерният ортогонален квадратен вълнов сигнал може да бъде изведен.

Фазовият синхронизиращ контролен вълнов образец на MAX038 извежда сигнали Q₂, Q₀, Q₁ от пиновете 16#, 14# и 13# на програмируемия чип P16R6 (вижте данните на P16R6) към външните синхронизиращи сигнали PDI терминалите на три MAX038. Елемент на "И" е поставен на изхода на пин 13#, контролиран от сигнал Q₃. Чрез редактиране на програмата, за да направите Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ да отговарят на специфични условия (таблица 2), може да се постигне генерирането на тримерни и двумерни ортогонални правоъгълни външни синхронизиращи сигнали.

1.3 Принцип на реализация на усилване на мощността

Единичната усилвателна схема е проектирана като структура Bridge-Tied Load (BTL). Двете края на товара са свързани с изходните терминали на два усилвателя. Изходът на един усилвател е зеркален изход на другия. Тоест, сигнали, заредени на двете края на товара, имат само фазова разлика от 180°. Напрежението, получено на товара, е два пъти по-голямо от изходното напрежение на еднокраен изход (вижте фигура 3), което удовлетворява изискването, че единичният изход не трябва да е по-малък от 100 Вт.

2 Отстраняване на дефектите на хардуера на източника на ток за тестер
2.1 Регулиране на искаженията на изходния вълнов образец

Настройка на цикличната дължина: Приложете напрежение за контрол, вариращо от -2.3В до +2.3В, към терминала DADJ на MAX038, за да регулирате времето за зареждане и разтоварване на кондензатора C_f. Регулирайте триъгълния вълнов образец, извеждан от осцилатора, в диапазон от 10% до 90%, и накрая генерирайте искажени синусоидни, пилообразни и импулсни вълни. Тъй като постоянен ток от 250 μА протича към терминала DADJ, свържете съпротивление R_d между този терминал и референтния пин на напрежението REF. Тогава: V_dadj = V_ref - 0.25R_d; Регулирането на стойността на R_d може да регулира цикличната дължина на триъгълни и пилообразни вълни, без да влияе на синхронизираните изходни импулси, и R_d не трябва да надвишава 20 кΩ.

2.2 Регулиране на честотата на изходния вълнов образец

Честотата на изхода на MAX038 се контролира от осцилиращия кондензатор C_f, тока IIN и напрежението FADJ. При фиксирана C_f, финото регулиране на честотата се постига чрез контролиране на пина IIN. За цифрово управление, DAC се свързват към IIN и FADJ. Те генерират малки напрежения, преобразувани в ток от 0 до 748 μА (плюс 2 μА от мрежата) за 2 до 750 μА на IIN, създавайки диапазон на изходната честота. DAC разделя този диапазон на 256 стъпки, позволявайки грубо регулиране чрез тока IIN и фин регулиране чрез DAC.

2.3 Регулиране на напрежението на изхода на усилвателната схема

Три единични схеми за повишаване на трансформаторите функционират като тримерен трансформатор за едновременно повишаване на сигнала (избягвайки значителното влияние на директното използване на тримерен трансформатор върху малките сигнали). Регулирането на напрежението между 200 В и 80 В се постига чрез регулиране на трансформаторите.

2.4 Регулиране на напрежението на DC работна схема

Схема за преобразуване и стабилизиране на DC напрежение предоставя стабилно DC напрежение от местната 220 В AC мрежа. Тя извежда +35 В и +5 В (отговарящи на изискванията за точност на трансформатора) чрез използване на DC модули за напрежение 7805 и 7905.

3 Заключение

• Проектираната система за доставка на ток има ясни функции, стойност за парична сума и висока изходна точност, които напълно отговарят на изискванията на измервателните инструменти.

• Модулният дизайн намалява сложността, с взаимно свързани, но независими схеми. Ясното деление на функциите (генериране на синусоидни вълни, контрол на фазата, усилване на мощността, DC доставка) позволява непрекъснати подобрения, за да отговорят на нуждите на потребителите.

• Контролните сигнали Q₀-Q₃ позволяват съвместимост с MCU и цифрово управление. Комбинирано с модулния дизайн, устройството извежда тримерни, двумерни ортогонални и едночастотни синусоидни сигнали, както и правоъгълни/триъгълни вълни с различни фазови изисквания, удовлетворяващи разнообразни задачи.