【摘要】為了將正弦波變換為頻率為其2倍的方波信號,并保證方波低電平的占空比為50%,提出了一種微分移相實現(xiàn)波形變換的方法。該方法電路實現(xiàn)簡單,且方波的占空比不隨輸入信號的頻率而變化。仿真實驗結(jié)果表明文中提出方法是有效的。
【關(guān)鍵詞】微分移相;波形變換;占空比
1.引言
利用磁傳感器測定轉(zhuǎn)數(shù)的時候需要將正弦信號轉(zhuǎn)換為方波信號[1]。常見的波形變換電路只能將一個周期的正弦波轉(zhuǎn)換為一個方波[2],其原理圖如圖1。合理選擇電阻R2與R1的比值,可以在放大器的輸出端得到與輸入信號同頻率的方波信號。
為了提高計轉(zhuǎn)數(shù)精度,需要將每個周期的正弦信號轉(zhuǎn)換為兩個周期的方波脈沖。另外,為了使得外圍的單片機(jī)電路能夠方便地采集到方波脈沖,需要保證方波的高電平占空比為50%。利用兩個電壓比較器構(gòu)成的窗口比較器可以完成倍頻功能[3],即將一個周期的正弦波轉(zhuǎn)換為兩個周期的方波,但是方波的占空比是變化的:當(dāng)正弦波的頻率較低時,占空比較高;當(dāng)正弦波的頻率較高時,占空比較低。為此,本文提出一種基于微分移相電路的正弦波變換方法,該方法可在完成二倍頻的同時保證占空比為50%。
2.微分移相電路原理
微分移相電路的原理圖如圖2當(dāng)輸入電壓為正弦波時,設(shè) ,則微分電路的輸出電壓為[4]:
由上面的三個式子可以看出輸入信號與輸出信號的相位差相差90度,這就是微分移相的原理。
假定有兩個理想電壓比較器(記為比較器A、比較器B),其反相輸入端均接地;同相輸入端分別接輸入信號與輸出信號,則在正弦波的一個周期內(nèi),兩個比較器的輸出如表1所示。觀察比較器的輸出,可得出如下規(guī)律:在正弦信號的一個周期內(nèi),兩個比較器的輸出進(jìn)行異或操作的結(jié)果狀態(tài)變化了兩次——這意味著信號的頻率變?yōu)樵瓉淼膬杀叮煌瑫r狀態(tài)變化的時刻分別輸入信號的相位為0度、90度、180度、270度的時刻,這正好保證了高電平與低電平的比值為1:1——亦即實現(xiàn)了方波的占空比為50%的目標(biāo)。
3.波形變換的工程實現(xiàn)
根據(jù)前面的描述,可繪制出波形變換的電路原理圖,如圖3所示。電路主要由運(yùn)算放大器、比較器、異或門及相應(yīng)的電阻電容組成。
輸入的正弦信號分兩路進(jìn)行處理:一路經(jīng)過運(yùn)算放大器U2A、比較器U1A進(jìn)行處理,處理的結(jié)果送入異或門的U3A的輸入端;另一路經(jīng)過由運(yùn)算放大器U2B組成的移相電路、比較器U1B進(jìn)行處理,處理的結(jié)果送入異或門的U3A輸入端;異或門U3A的輸出即為二倍頻的方波信號,且其占空比恒定為50%。
4.結(jié)論
文中給出了一種微分移相原理的正弦信號轉(zhuǎn)換為方波信號的倍頻電路,且方波的占空比不隨輸入信號的頻率而變化。該電路實現(xiàn)簡單,僅需要兩個運(yùn)算放大器、兩個比較器與一個異或門即可完成波形變換。仿真實驗結(jié)果表明,本文提出的微分移相電路能夠滿足50%占空比的要求。
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