摘? 要: 介紹了基于電壓控制" title="電壓控制">電壓控制振蕩器(VCO)的電-光轉(zhuǎn)換" title="光轉(zhuǎn)換">光轉(zhuǎn)換電路的基本原理,設(shè)計(jì)了一種基于VCO的電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射電路" title="發(fā)射電路">發(fā)射電路,并給出了其響應(yīng)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種電-光轉(zhuǎn)換發(fā)射電路具有良好的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞: 電壓控制振蕩器(VCO)? 電-光轉(zhuǎn)換? 發(fā)射電路
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隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,對(duì)測(cè)量系統(tǒng)提出了越來越高的要求。在高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)的測(cè)量中,信號(hào)輸入端和輸出端的電位懸殊較大,因此通常使用電-光轉(zhuǎn)換的方法使信號(hào)的輸入端和輸出端實(shí)現(xiàn)電絕緣[1]。電-光轉(zhuǎn)換組成的測(cè)量系統(tǒng)具有絕緣性高、抗干擾能力強(qiáng)、線性度高等諸多優(yōu)點(diǎn)[2],因此可以消除輸入回路中的干擾信號(hào)和雜感信號(hào)對(duì)輸出回路信號(hào)的干擾,實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)-輸出信號(hào)之間的無失真?zhèn)鬏敗?/P>
本文介紹一種基于電壓控制振蕩器(VCO)的電-光轉(zhuǎn)換電路的基本原理及其發(fā)射電路。
1 基于VCO的電-光轉(zhuǎn)換的基本原理
1.1 電-光轉(zhuǎn)換
光電系統(tǒng)首先將欲傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),通過合適的光導(dǎo)傳輸系統(tǒng)后,再將光信號(hào)復(fù)原成電信號(hào)。完成這些轉(zhuǎn)換和傳輸功能的關(guān)鍵元件是光發(fā)射器、光傳輸器和光接收器等。
1.2 發(fā)射電路
對(duì)輸入信號(hào)要進(jìn)行處理,即要進(jìn)行阻抗變換、放大、調(diào)制或數(shù)字化后才能送到光端機(jī)。由于頻率調(diào)制的方式比其它調(diào)制方式有較多的優(yōu)點(diǎn),如抗干擾性強(qiáng)、頻率響應(yīng)好、線路相對(duì)比較簡(jiǎn)單等,因而它在測(cè)量中獲得了廣泛的應(yīng)用。因此本文設(shè)計(jì)的發(fā)射電路采用頻率調(diào)制的原理。圖1是其原理性框圖。
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2 發(fā)射電路的設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的發(fā)射電路主要用于測(cè)量高壓直流輸電用晶閘管的電位分布,根據(jù)實(shí)際的測(cè)量需要制定了發(fā)射電路的主要技術(shù)指標(biāo),具體如下:
輸入范圍:100V、10V、1V、0.1V
輸入阻抗:1MΩ、40pF
中心頻率:5MHz
線性工作頻率范圍:4～6MHz
輸出噪聲:小于4mV
2.1 衰減器
如前所述,發(fā)射電路共分為三部分。輸入信號(hào)首先接到一個(gè)衰減器上,衰減器的主要作用是限制輸入電壓的范圍和增大輸入阻抗。其具體電路采用電阻和電容串聯(lián)的形式,本文設(shè)計(jì)的衰減器如圖2所示。
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2.2 阻抗變換和放大電路
經(jīng)過衰減的信號(hào)輸入到一個(gè)阻抗變換器進(jìn)行阻抗變換,然后送入放大電路" title="放大電路">放大電路進(jìn)行放大。阻抗變換和放大均采用低漂移高速高輸入阻抗運(yùn)放LF356,其優(yōu)點(diǎn)為補(bǔ)償電壓的漂移小,輸出壓擺率高,其值約為雙極性運(yùn)放的10倍。其最大的特點(diǎn)是輸入電流小,約為pA數(shù)量級(jí)。因此用該類放大器可非常容易地設(shè)計(jì)高速運(yùn)算和積分電路。而且,采用這種運(yùn)放,在噪聲和干擾比較嚴(yán)重的情況下仍然能獲得比較好的帶寬增益和信噪比。
第一級(jí)采用 LF356實(shí)現(xiàn)阻抗變換,變換后的信號(hào)輸入到由另一個(gè)LF356組成的負(fù)反饋放大電路。圖3為阻抗變換和放大電路的原理圖。
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2.3 電壓控制振蕩器(VCO)和驅(qū)動(dòng)電路
在進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路" title="驅(qū)動(dòng)電路">驅(qū)動(dòng)電路之前,需要把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)。這里采用Texas公司生產(chǎn)的壓控振蕩器54LS628。它是一個(gè)14管腳的集成塊,其電源電壓為5V,輸入電壓和輸入?yún)⒖茧妷壕鶠?~5V,高電平輸入電流為-1.2mA,低電平輸出電流為12mA,最大線性輸出頻率為20MHz,使用溫度為-55℃～125℃[4]。這種壓控振蕩器在一定的輸入電壓下具有較好的線性工作特性,而且通過改變其外接電容和參考電壓,還可以改變其在一定輸入電壓下的輸出頻率范圍。根據(jù)測(cè)量的需要,本設(shè)計(jì)中壓控振蕩器的外接電容為15pF,參考電壓為4V,參考電壓可以通過在其12管腳(RNG管腳)接一個(gè)穩(wěn)壓管來實(shí)現(xiàn),本文采用LM336。圖4為54LS628工作的理想輸入/輸出特性曲線。由圖中可以看出其工作的最大頻率為11MHz,中心頻率為5MHz,系統(tǒng)在這種工作狀態(tài)下具有良好的線性度，符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
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電壓信號(hào)經(jīng)過VCO后,輸出為一定頻率的脈沖信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路就是通過這個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)光電器件發(fā)光,從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。這里采用的驅(qū)動(dòng)電路是由高速開關(guān)三極管2N2369、開關(guān)二極管1N4148和電容組成的驅(qū)動(dòng)電路。其工作原理主要是?押利用VCO輸出的脈沖控制1N4148和電容并聯(lián)構(gòu)成的充放電回路,利用這個(gè)回路控制2N2369的基極電流,從而控制發(fā)光器件的發(fā)光頻率。圖5為VCO和驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。
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3 測(cè)試結(jié)果和結(jié)論
在整個(gè)發(fā)射電路的輸入端加上不同幅值的輸入信號(hào),在驅(qū)動(dòng)電路的1N4148輸出可測(cè)得頻率信號(hào),這個(gè)輸出頻率信號(hào)就是發(fā)光器件的實(shí)際發(fā)光頻率。所得的測(cè)量結(jié)果如圖6所示。
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這種發(fā)射電路還可以用在工作頻率在一定范圍的其它光電轉(zhuǎn)換測(cè)量電路中,而且通過改變54LS628外接電容和參考電壓的值,還可以改變其測(cè)量的頻率范圍,以達(dá)到測(cè)量的需要。
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參考文獻(xiàn)
1 Magnus Pihl.New Power Supply Unit Improves Control Response of Electrostatic Precipitators. ABB Review，1998
2 錢浚霞.光電檢測(cè)技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993
3 茍殿棟. 實(shí)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:電子工業(yè)出版社,1994
4 孫肖子.實(shí)用電子電路手冊(cè).北京:高等教育出版社,1998