嵌入式高精度电压标准源的设计与实现
发布时间：2021-12-01 22:12
随着科技的发展,科学研究中对于数字万用表精度的要求越来越高,相对应的,对于校准数字万用表的校准源的精度要求也越来越高。针对目前国内交流电压校准源稳定性差、分辨率低等问题,本文开展了万用表校准技术的研究,设计了能够满足六位半万用表校准需求的交流电压标准源。解决了目前高精度计量校准仪器依赖进口的现状。本文的主要研究内容如下:首先,对交流电压标准源的总体方案设计进行了研究,标准源由高精度直流基准、宽频放大模块以及正弦信号发生器构成。为了提高系统的精度,对误差理论进行了研究,分析了系统的误差来源,完成了系统的误差分配。为了提高输出电压的稳定性和精确性,设计了基于负反馈的控制系统;为了提高输出电压的快速性,加入了前馈环节,构成了基于前馈-反馈控制的双闭环系统。其次,完成了硬件电路的设计。针对系统的指标要求,提出了交流电压标准源的精度提升策略。为了提高直流电压基准源的分辨率,对双路PWM调制方法进行了研究,同时,通过对温度补偿策略以及反相电路的精度提升策略的研究,提高了直流基准的稳定度。利用深度负反馈技术以及引入基于共基-共射放大器的多级放大电路,提高了功率放大电路的稳定性以及频带范围。再次,提出...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低漂移滤波器的频率特性
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文43当管子上的电流突增时，会使得输出电阻上的电压突增，从而使两个三极管导通，起到分流的作用，从而使得管子上的电流减小，避免了击穿。3.4.2基于共基-共射放大电路的带宽提升技术理想的功率放大器可以等效为一个最简单的负反馈闭环结构，前向通道可以等效为一个放大倍数为A的放大环节，若反馈环节的反馈系数为B，则闭环系统的传函为：0TI1UAAUAB(3-37)从式(3-37)中可以看出，若A能够无限大，那么闭环系统的传函就只取决于反馈系数B。由于功率放大输出级基本不具有电压放大能力，所以一个理想的功率放大器的放大级，应该具由无限大的电压增益，虽然实际上不可能做到无限大，但也应该做到尽可能的大。另外，功放的电压放大级还应该具有输入阻抗高以及输出阻抗低的特性。在功放的放大级中，使用的最多的是共射极放大电路。其结构如图3-34所示。V2VGUiReVET1RcRUoVCC图3-34共射极放大电路共射极放大电路的优点是具有比较高的电压增益，但是正因为如此，由于增益较高，也将输入输出极之间的等效电容bcC扩大了与电压增益相同的倍数，放大后的bc极间电容会与基极电阻bR构成一个RC滤波器，使得高频特性变差。对共射极放大电路进行频率特性仿真分析，结果如图3-35所示。图3-35共射极放大电路的扫频分析
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文44通过仿真分析可以发现，共射极放大电路的截止频率小于我们需要的100kHz。不能满足设计要求。为了提高共射极电路的频率特性，本课题提出了一种基于共基-共射极放大结构的放大级电路。由图3-34中的共射极放大电路可得：CioCCCCCCeR(U-0.7)UVIRVR(3-38)Coie=RUUR(3-39)可以看出，电阻R并不影响输出电压，由此，我们可用频率特性更好的共基极放大电路来置换它，构成了共基-共射结构。由于共基极电路的带宽更广，但是输入阻抗比较低，而共射极放大电路的输入阻抗较大，将它作为共基极电路的前级，恰好能够解决共基极电路输入阻抗不够的问题，共基-共射的结构结合了二者的优点，同时又解决了两种放大电路各自的弊端，很适合作为功率放大电路的放大级[53]。共基-共射放大电路的结构如图3-36所示。VsC1Re1T1RsVCCR2R1R5Ce1T2R4CbC2Rc2RL图3-36共基-共射放大电路的结构对共基-共射极结构进行分析，可以得到其放大倍数为：be2LLube1be2be1rRRArrr(3-40)其放大倍数与共基极放大电路是一样的。所以，共射极放大电路基本上没有电压增益，从而解决了在高频时由于集电结电容增大引起的频率特性下降的问题。共基-共射极结构的频率特性如图3-37所示。图3-37共基-共射极结构的频率特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]电学前沿计量技术在航天型号保障中的应用[J]. 黄晓钉,佟亚珍,蔡建臻. 宇航计测技术. 2019(02)
[2]基于FPGA的DDFS信号发生器设计[J]. 杨敏,王利,张金时,裴水源,罗浩. 自动化仪表. 2019(02)
[3]基于数字锁相放大器测量电阻热噪声[J]. 贾莲莲,贺子芸,曾迪昂,王自鑫,蔡志岗. 物理实验. 2018(12)
[4]基准电压源电路的设计与研究[J]. 崔建国,宁永香. 电子世界. 2018(23)
[5]数字多用表校准技术[J]. 刘福兴. 电子测试. 2018(19)
[6]一种分数阶巴特沃斯滤波器的有源电路设计[J]. 庞轶环,胡志忠. 电子学报. 2018(05)
[7]DDS杂散的分析与仿真[J]. 付道文. 舰船电子对抗. 2018(01)
[8]基于多FPGA的增强型SPI通信研究[J]. 孙少华,屈盼让,肖鹏,李庆楠. 电子测试. 2018(04)
[9]一种驱动能力稳定的电荷泵系统的设计和应用[J]. 梁星,梁超,付永朝,高旭东,黎美. 中国集成电路. 2017(05)
[10]基于改进DDS算法的任意信号发生器设计[J]. 卫恒,王德功,刘扬,朱敏. 电子技术应用. 2015(06)
硕士论文
[1]基于CORDIC算法的DDS信号发生器设计与实现[D]. 邢磊.西安科技大学 2019
[2]数字万用表远程校准系统的研究[D]. 王威.中国计量大学 2017
[3]高精度交直流多功能标准源的设计与研究[D]. 李壮.东北林业大学 2016
[4]高精度可控动态标准源的关键技术研究[D]. 肖栋林.浙江大学 2015
[5]多功能电学标准源的研制及性能评价[D]. 张红.天津大学 2012
[6]交流低电压标准源关键技术研究[D]. 石巍.哈尔滨工业大学 2007
[7]基于DDS的高精度信号源的设计与研究[D]. 童键.中南大学 2007
本文编号：3527152
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
低漂移滤波器的频率特性
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文43当管子上的电流突增时，会使得输出电阻上的电压突增，从而使两个三极管导通，起到分流的作用，从而使得管子上的电流减小，避免了击穿。3.4.2基于共基-共射放大电路的带宽提升技术理想的功率放大器可以等效为一个最简单的负反馈闭环结构，前向通道可以等效为一个放大倍数为A的放大环节，若反馈环节的反馈系数为B，则闭环系统的传函为：0TI1UAAUAB(3-37)从式(3-37)中可以看出，若A能够无限大，那么闭环系统的传函就只取决于反馈系数B。由于功率放大输出级基本不具有电压放大能力，所以一个理想的功率放大器的放大级，应该具由无限大的电压增益，虽然实际上不可能做到无限大，但也应该做到尽可能的大。另外，功放的电压放大级还应该具有输入阻抗高以及输出阻抗低的特性。在功放的放大级中，使用的最多的是共射极放大电路。其结构如图3-34所示。V2VGUiReVET1RcRUoVCC图3-34共射极放大电路共射极放大电路的优点是具有比较高的电压增益，但是正因为如此，由于增益较高，也将输入输出极之间的等效电容bcC扩大了与电压增益相同的倍数，放大后的bc极间电容会与基极电阻bR构成一个RC滤波器，使得高频特性变差。对共射极放大电路进行频率特性仿真分析，结果如图3-35所示。图3-35共射极放大电路的扫频分析
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文44通过仿真分析可以发现，共射极放大电路的截止频率小于我们需要的100kHz。不能满足设计要求。为了提高共射极电路的频率特性，本课题提出了一种基于共基-共射极放大结构的放大级电路。由图3-34中的共射极放大电路可得：CioCCCCCCeR(U-0.7)UVIRVR(3-38)Coie=RUUR(3-39)可以看出，电阻R并不影响输出电压，由此，我们可用频率特性更好的共基极放大电路来置换它，构成了共基-共射结构。由于共基极电路的带宽更广，但是输入阻抗比较低，而共射极放大电路的输入阻抗较大，将它作为共基极电路的前级，恰好能够解决共基极电路输入阻抗不够的问题，共基-共射的结构结合了二者的优点，同时又解决了两种放大电路各自的弊端，很适合作为功率放大电路的放大级[53]。共基-共射放大电路的结构如图3-36所示。VsC1Re1T1RsVCCR2R1R5Ce1T2R4CbC2Rc2RL图3-36共基-共射放大电路的结构对共基-共射极结构进行分析，可以得到其放大倍数为：be2LLube1be2be1rRRArrr(3-40)其放大倍数与共基极放大电路是一样的。所以，共射极放大电路基本上没有电压增益，从而解决了在高频时由于集电结电容增大引起的频率特性下降的问题。共基-共射极结构的频率特性如图3-37所示。图3-37共基-共射极结构的频率特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]电学前沿计量技术在航天型号保障中的应用[J]. 黄晓钉,佟亚珍,蔡建臻. 宇航计测技术. 2019(02)
[2]基于FPGA的DDFS信号发生器设计[J]. 杨敏,王利,张金时,裴水源,罗浩. 自动化仪表. 2019(02)
[3]基于数字锁相放大器测量电阻热噪声[J]. 贾莲莲,贺子芸,曾迪昂,王自鑫,蔡志岗. 物理实验. 2018(12)
[4]基准电压源电路的设计与研究[J]. 崔建国,宁永香. 电子世界. 2018(23)
[5]数字多用表校准技术[J]. 刘福兴. 电子测试. 2018(19)
[6]一种分数阶巴特沃斯滤波器的有源电路设计[J]. 庞轶环,胡志忠. 电子学报. 2018(05)
[7]DDS杂散的分析与仿真[J]. 付道文. 舰船电子对抗. 2018(01)
[8]基于多FPGA的增强型SPI通信研究[J]. 孙少华,屈盼让,肖鹏,李庆楠. 电子测试. 2018(04)
[9]一种驱动能力稳定的电荷泵系统的设计和应用[J]. 梁星,梁超,付永朝,高旭东,黎美. 中国集成电路. 2017(05)
[10]基于改进DDS算法的任意信号发生器设计[J]. 卫恒,王德功,刘扬,朱敏. 电子技术应用. 2015(06)
硕士论文
[1]基于CORDIC算法的DDS信号发生器设计与实现[D]. 邢磊.西安科技大学 2019
[2]数字万用表远程校准系统的研究[D]. 王威.中国计量大学 2017
[3]高精度交直流多功能标准源的设计与研究[D]. 李壮.东北林业大学 2016
[4]高精度可控动态标准源的关键技术研究[D]. 肖栋林.浙江大学 2015
[5]多功能电学标准源的研制及性能评价[D]. 张红.天津大学 2012
[6]交流低电压标准源关键技术研究[D]. 石巍.哈尔滨工业大学 2007
[7]基于DDS的高精度信号源的设计与研究[D]. 童键.中南大学 2007
本文编号：3527152
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3527152.html
