專利名稱:低失真振蕩器的制作方法
本發(fā)明涉及到一種振蕩器，特別是涉及到一種能提供不同頻率輸出信號(hào)的幅度已校準(zhǔn)的多相振蕩器，還特別涉及到一種電路，該電路用于消除來(lái)自振蕩器輸出信號(hào)不同相位的直流控制電壓的諧波，以減少這種控制電壓內(nèi)的紋波。
多相振蕩器是一種公知技術(shù)，特別是使用積分器和可調(diào)阻容值的RC振蕩器是一種公知技術(shù)。這種振蕩器一般用于產(chǎn)生用戶可以選擇和調(diào)節(jié)的頻率信號(hào)。
現(xiàn)有技術(shù)中的多相振蕩器通常包括一種用于產(chǎn)生具有特定頻率和特定相位的若干信號(hào)的電路。為了校準(zhǔn)這些輸出信號(hào)的幅度，直流控制電壓被加到電壓控制衰減器或者另外的電壓控制幅度調(diào)節(jié)裝置。
為了獲得把所產(chǎn)生的已知信號(hào)的各個(gè)相位組合起來(lái)的直流電壓，典型的組合是在求和級(jí)把不同的相位加起來(lái)從而產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。在多相振蕩器的現(xiàn)有技術(shù)中，不同相位信號(hào)的加法處理以及信號(hào)產(chǎn)生的其它方面，諸如用于產(chǎn)生適當(dāng)回路增益的不同方法，一般都會(huì)給來(lái)自輸出信號(hào)各個(gè)相位的直流控制信號(hào)引入諧波失真。
這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中就需要某種方法或裝置，用于在通過(guò)組合由振蕩器產(chǎn)生的可變頻率信號(hào)的相位所產(chǎn)生的輸出直流信號(hào)中去減少諧波失真。
用于減少直流信號(hào)諧波成分的現(xiàn)有技術(shù)是已知的。
在一種這樣的技術(shù)中，在幅度檢測(cè)器中使用了一對(duì)方波形成電路，利用這種電路，以特定的頻率產(chǎn)生余弦方波和正弦方波信號(hào)，這些合成的方波信號(hào)相加以獲得一個(gè)恒定的，不含有交流成分的直流電平用以在正交型振蕩器的單位增益反饋電路中進(jìn)行比較。
然而這種從理論上講是有效的逼近方法實(shí)際上是辦不到的，乘法器(或方波形成電路)的成本是相當(dāng)昂貴的，因此，還是以不采用先形成方波然后再相加的逼近方法為好。
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要一種用于減少由振蕩器輸出信號(hào)產(chǎn)生的直流信號(hào)的諧波成分的廉價(jià)的，容易制造和實(shí)用的電路。
在現(xiàn)有技術(shù)的另外一種已知的逼近方法是通過(guò)雙積分RC振蕩器產(chǎn)生一信號(hào)彼此相隔90°的4個(gè)相位組合起來(lái)以獲得所需要的直流電壓。在這種方法中，不使用半波整流器去獲得直流控制信號(hào)，而是借助包括四個(gè)輸入二極管的電路使4個(gè)相位加起來(lái)，該電路所提供的輸出其幅度在任何一個(gè)瞬間都是4個(gè)信號(hào)的最大正值。這樣，與原來(lái)的用于產(chǎn)生控制信號(hào)的半波整流技術(shù)相比較，上述電路就可以起到減少直流控制信號(hào)的諧波成份的作用。然而，雖然在減少控制信號(hào)的某些諧波成份方面取得了成功，但該現(xiàn)有技術(shù)提供的輸出直流信號(hào)在低如第4諧波的頻率上含有紋波失真。而通過(guò)消除低于第4諧波的諧波去減少諧波成份是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管剩余諧波還會(huì)在某個(gè)電平上附加上大多數(shù)精確應(yīng)用所不能允許的失真。
這樣，現(xiàn)有技術(shù)未能提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用并能成功地消除來(lái)自直流控制信號(hào)的大量諧波和大大減少信號(hào)總的諧波失真以達(dá)到高精度操作所能接受的電平的電路。因此就需要一種可以簡(jiǎn)單而有效地消除大量來(lái)自直流控制信號(hào)的諧波的電路，并因此而消除來(lái)自由振蕩器產(chǎn)生的控制信號(hào)的相當(dāng)大量的諧波失真。
特別是需要一個(gè)能在來(lái)自振蕩器的直流信號(hào)中減少或消除諧波的實(shí)用電路。需要這樣一個(gè)電路，它能在等于或超過(guò)基波形成頻率的第4或更高諧波的頻率上消除諧波，特別是在直流信號(hào)是由N個(gè)相位來(lái)合成的情況，當(dāng)N＞2時(shí)，它能消除高達(dá)第2N諧波的諧波。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的困難，提供一個(gè)用于在由振蕩器輸出信號(hào)的相位所合成的直流控制信號(hào)中有效減少諧波失真的經(jīng)濟(jì)的電路。
本發(fā)明的一個(gè)特殊目的就是要提供一種方案用以減少由雙積分振蕩器產(chǎn)生一信號(hào)的諧波成份。
本發(fā)明一個(gè)更加具體的目的就是使來(lái)自雙積分振蕩器4相位控制信號(hào)中的諧波失真最小化。
本發(fā)明的一個(gè)附加目的就是從由振蕩器輸出信號(hào)的4個(gè)相位所合成的直流信號(hào)中消除低于振蕩器產(chǎn)生的輸出基波頻率第8諧波的所有諧波。
本發(fā)明的一個(gè)更加一般的目的就是當(dāng)控制信號(hào)是由輸出信號(hào)N個(gè)相位合成時(shí)，從控制信號(hào)中消除所有低于由振蕩器所產(chǎn)生輸出信號(hào)的第2N諧波的諧波。
根據(jù)前述目的，提供了一個(gè)以予定基波頻率產(chǎn)生輸出信號(hào)的經(jīng)改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路。這種振蕩器的改進(jìn)包括一個(gè)用于將該振蕩器輸出信號(hào)的N個(gè)相位合成為一個(gè)直流電壓的第一裝置，其中N為整數(shù)。還包括一個(gè)用于從合成直流電壓中消除在低于振蕩器電路基波頻率第2N諧波的頻率上的諧波失真的第二裝置。
第一裝置可以包括N個(gè)二極管，每一個(gè)二極管都連接成把一個(gè)代表輸出信號(hào)相位移重現(xiàn)電壓傳遞給一個(gè)公共點(diǎn)。第二裝置可以包括連接到每個(gè)二極管的輸入電阻，其輸入阻抗值基本上可以消除低于第2N諧波的諧波失真。
最好，第二裝置也包括一個(gè)連接到公共點(diǎn)的輸出電阻，輸出電阻和輸入電阻具有為了基本上消除低于第2N諧波的諧波失真而選擇的予定比值。另外，第一裝置還包括用于接收來(lái)自公共點(diǎn)電壓的放大器，該放大器把該電壓和一個(gè)基準(zhǔn)值組合起來(lái)產(chǎn)生一個(gè)基本上沒(méi)有低于第2N諧波的諧波失真的電壓。
第一裝置還可以包括一個(gè)乘法器，用來(lái)把公共點(diǎn)電壓函數(shù)的第二電壓和到達(dá)一個(gè)二極管的輸入電壓相乘從而產(chǎn)生一個(gè)和直流控制電壓成正比的交流電流。為了提供穩(wěn)定的振蕩，使用該交流電流去調(diào)節(jié)循環(huán)360°范圍內(nèi)的總的相位移。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供了一個(gè)能從振蕩電壓中產(chǎn)生經(jīng)整流的直流電壓，并能大大減少該直流電壓中諧波失真的電路。該電路包括用于獲得N個(gè)信號(hào)且每個(gè)信號(hào)都包括振蕩電壓不同相位移形式的第一裝置和用于把N個(gè)信號(hào)組合起來(lái)用于提供隨時(shí)間而變化量值的最終經(jīng)過(guò)整流的電壓的第二裝置，上述量值在任一時(shí)間都基本上與該時(shí)間N個(gè)信號(hào)中任一個(gè)最大值相等。另外，還提供了第三裝置用來(lái)在經(jīng)過(guò)整流的電壓中大大減少低于振蕩電壓第2N諧波的諧波失真。
在所述電路中，第二裝置最好還包括多個(gè)二極管，這些二極管的連接方式使其能接收N個(gè)相移信號(hào)并能提供公共輸出電壓。
第三裝置包括和多個(gè)二極管中的每一個(gè)串聯(lián)的電阻。公共輸出電壓輸出到求和和電阻，求和電阻和串聯(lián)電阻具有予定的比值，用以使諧波失真最小化。為了消除不需要的諧波，每個(gè)二極管的串聯(lián)電阻可以近似等于求和電阻與2的平方根的乘積。
另一方面，為了考慮導(dǎo)通二極管中任何電壓降，每個(gè)二極管的串聯(lián)電阻將比求和電阻大一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)是隨著公共輸出電壓的值而變化的。
還根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明在多積分振蕩電路中提供了一個(gè)改進(jìn)。多積分電路包括至少第一和第二積分器和至少一個(gè)反相放大器，每一個(gè)都連接成可以提供N個(gè)相移信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，其中N是一個(gè)整數(shù)。N個(gè)相位移信號(hào)中的每一個(gè)信號(hào)基本上與振蕩電路的輸出電壓相等。還包括一個(gè)N個(gè)二極管組合電路，用于N個(gè)相移信號(hào)進(jìn)行邏輯加從而提供含有直流成份和至少輸出電壓的第N和第2N諧波的經(jīng)整流的輸出電壓。
對(duì)該電路的改進(jìn)還包括一個(gè)電路，通過(guò)從經(jīng)整流的輸出電壓中消除在第N諧波處具有尖點(diǎn)的第N諧波成份并代之以提供一個(gè)含有至少在第2N諧波頻率上產(chǎn)生的尖點(diǎn)的成份。為了得到所需要的結(jié)果，電路包括與N個(gè)二極管中的每一個(gè)相的串聯(lián)阻抗。
最好是N個(gè)二極管把經(jīng)過(guò)整流的輸出電壓提供給求和阻抗。串聯(lián)阻抗和求和阻抗具有予定的比值從而可以用第2N諧波尖點(diǎn)成份去替換第N諧波尖點(diǎn)成份。
根據(jù)本發(fā)明所提供的實(shí)施例，整數(shù)N是4，這樣就使用了4相位信號(hào)。另外，電路包括有用于提供4相位信號(hào)的兩個(gè)積分器和兩個(gè)反相放大器的雙積分振蕩器。此外，串聯(lián)和求和阻抗被用來(lái)提供給4個(gè)二極管中每一個(gè)的第一電阻和用作第二電阻。
理論上，第一電阻的值等于第二電阻的值與2的平方根相乘。對(duì)于使用非理想二極管并且在工作期間二極管產(chǎn)生壓降的情況，第一電阻的值至少要等于兩倍第二電阻的平方根。特別是，第一電阻的值要大于第二電阻一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)取決于經(jīng)過(guò)整流的輸出電壓的幅度。
通過(guò)下面的敘述，其中有簡(jiǎn)單地利用圖解和不限定適于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)最佳模式(和替代實(shí)施例)的方法來(lái)表示和敘述本發(fā)明的實(shí)施例，本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域：
以內(nèi)的普通人員可以很容易地明白本發(fā)明的其它目的、特性以及優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)本發(fā)明技術(shù)規(guī)范的驗(yàn)證和相同的實(shí)踐可以看到，本發(fā)明還可以具有另外的，不同的實(shí)施例，并且它的若干細(xì)節(jié)能夠在各個(gè)明顯的范圍內(nèi)加以修改，而所有的這一切都不脫離本發(fā)明。因此，這里所提供的附圖和敘述都只能被認(rèn)為是性質(zhì)方面的說(shuō)明，而不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。
圖1是構(gòu)成本發(fā)明的雙積分式振蕩電路的示意圖;
圖2表示了實(shí)施本發(fā)明圖1中振蕩電路內(nèi)的一個(gè)細(xì)節(jié)電路;
圖3表示在圖1的振蕩電路中產(chǎn)生的波形，用以解釋實(shí)施本發(fā)明電路的工作;和圖4表示圖1振蕩電路的詳細(xì)電路圖。
下面參考圖1所示電路，該電路示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明概念的雙積分振蕩電路。
在該電路中，放大器A1和A2連接成具有可變電容C1和可變電阻R1的反相積分器，用于確定輸出電壓V0的頻率，這是現(xiàn)有技術(shù)。每個(gè)放大器提供90°相位移和20db/倍頻程斜率。電阻R1可以改變以提供在十進(jìn)制范圍內(nèi)的頻率變化，而電容C1可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換以提供5個(gè)十進(jìn)制的頻率變化。
放大器A3被連成單位增益反相級(jí)用以提供另外180°相位移從而提供循環(huán)360°范圍內(nèi)總相位移。由于某種通過(guò)下面敘述就可以理解的理由，第4放大器A4加到該電路上用于產(chǎn)生具有270°的第4相位移信號(hào)。放大器A4不用于振蕩循環(huán)中，但卻用于提供第4相位移信號(hào)，當(dāng)與在雙積分放大器中予期出現(xiàn)的三個(gè)信號(hào)組合時(shí)，該第4相位移信號(hào)提供可在本發(fā)明電路中使用的4個(gè)共同移動(dòng)了相同相位的信號(hào)。
所有的電路均可調(diào)節(jié)以用于提供在該振蕩頻率上基本上是共同幅度的輸出信號(hào)。
在現(xiàn)有技術(shù)電路中，通過(guò)控制用于電壓控制衰減器或類似電路的反饋直流控制電壓的幅度來(lái)校準(zhǔn)輸出電壓V0或控制幅度。
在前面的電路中，4相位電壓信號(hào)在包括二極管D1、D2、D3和D4的4個(gè)二極管電路中被相加或邏輯組合起來(lái)。這些二極管把4個(gè)相互移相的信號(hào)組合起來(lái)并在輸出求和電阻R3處提供一個(gè)公共輸出電壓，通過(guò)把這個(gè)電壓直接饋送給這些二極管，可以看到4個(gè)相位求和電路的工作情況如同一個(gè)數(shù)值比較器，類似一個(gè)邏輯“或”(OR)電路，在該電路中，在R3兩端重新產(chǎn)生4個(gè)輸入電壓值的最高瞬間電壓值。
已知從通過(guò)使用半波整流而獲得的予知電平來(lái)減少控制信號(hào)的諧波失真的現(xiàn)有技術(shù)電路，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有了在失真回復(fù)時(shí)間內(nèi)減少大約25個(gè)起伏的電路。然而，為了得到這樣一個(gè)改進(jìn)，4個(gè)電壓被直接提供給4個(gè)二極管而不插入任何串聯(lián)電阻R2。在這樣一個(gè)電路中，R3兩端形成的電壓范圍可以表示成V＝
〔1/2+1/15CoS4ω0t-1/63CoS8ω0t+…〕 (1)根據(jù)本發(fā)明，失真回復(fù)時(shí)間被進(jìn)一步改進(jìn)為23個(gè)起伏系數(shù)，如果允許較長(zhǎng)的回復(fù)時(shí)間，那么，還可以進(jìn)一步減少失真。然而為了使回復(fù)時(shí)間和失真最佳化，本發(fā)明消除了包括在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直流控制信號(hào)反饋中的較低序諧波。
以上描述僅僅是說(shuō)明性的，僅僅指明了圖1中雙積分、4相位反饋控制電路的工作。如果提供附加相位并把它組合起來(lái)去形成直流控制信號(hào)，那么合成的直流控制信號(hào)的諧波成份還可以進(jìn)一步減少。
如圖1所示，由二極管D1-D4所組合的電壓送到R3兩端，該電壓在反相求和誤差積分放大器A5的輸入結(jié)點(diǎn)處與直流基準(zhǔn)電壓-Vref相加。在這里測(cè)量直流基準(zhǔn)和合成的4相位直流控制電壓之間的差。圖中所示的二極管D5提供二極管D1-D4的接通電壓作用的第一級(jí)抵消。
為了符合振蕩的要求和獲得穩(wěn)定的正弦波振蕩，循環(huán)相位移可以由乘法器M來(lái)改變。乘法器提供一輸出交流電流用以在循環(huán)達(dá)360°值的范圍以內(nèi)去調(diào)節(jié)總相位移，從而提供穩(wěn)定的振蕩。所獲得的電流與放大器5的輸出和振蕩器中存在的正交信號(hào)的積成正比。
如上述等式(1)看到的，現(xiàn)有技術(shù)提供了4個(gè)相位直流合成器輸出的范圍，該輸出包括所希望的直流值、第4諧波、第8諧波等等。然而在本發(fā)明中，通過(guò)與二極管串聯(lián)的電阻R2，可以消除第4諧波，電阻R2的阻值基本相等并且每個(gè)電阻R2近似等于R3乘以2的平方根。這樣，直流控制電壓的最低諧波就是第8諧波。由于電路積分器本身濾掉了較高諧波，所以最低諧波的消除在控制信號(hào)的失真，并隨后在輸出電壓V0幅度校準(zhǔn)精度內(nèi)提供了有效地減少。
這樣，圖1的振蕩電路就可以用于產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào)，該信號(hào)可以用于例如對(duì)多功能校準(zhǔn)器裝置進(jìn)行交流校準(zhǔn)。
現(xiàn)在來(lái)參看圖2，該圖詳細(xì)地表示了含有本發(fā)明思想的電路。為了理解操作，其中二極管和電阻的連接順序被顛倒過(guò)來(lái)了，然而，順序的顛倒不影響本發(fā)明的執(zhí)行。消除組合電壓第4諧波成份的電路工作可以從下面的解釋加以理解，這要依賴于圖3所示的波形。
首先應(yīng)注意到，在基波振蕩頻率W＝1/(RC)上，積分器A1和A2都具有單位增益，加到二極管D1-D4上的所有4個(gè)信號(hào)A、B、C和D具有相等的值并相隔90°，如圖3的4個(gè)曲線所示。鑒于如上所述利用二極管5對(duì)二極管壓降的抵消，進(jìn)一步鑒于在求和結(jié)點(diǎn)上R3的接法，假設(shè)二極管D1-D4是理想的情況下，圖2所示電路可以被用于提供電阻R3中的電流I0。
正如從圖3中電壓曲線所看到的和從4相位求和電路工作方式的知識(shí)所了解的，電阻R3兩端的輸出電壓將有助于保證由圖3的實(shí)線曲線所表示的形狀，該實(shí)線曲線表示了4個(gè)組合電壓的最大瞬時(shí)值。由此VR3＝max(VA，VB，VC，VD) (2)然而，正如本專業(yè)領(lǐng)域以內(nèi)普通技術(shù)人員可以理解的那樣，如電阻R3兩端電壓顯著的尖點(diǎn)所表示的，該電壓表示了在基波頻率第4諧波上的顯著變化。
然而鑒于電阻R3在放大器A5的求和結(jié)點(diǎn)處實(shí)際接地，所以可以理解，即使電壓不是由方程(2)所指出的最大電壓，也將會(huì)有某些電流通過(guò)連接到正電壓的二極管而流動(dòng)，這樣，電阻R3內(nèi)的電流I0可以依據(jù)在輸入端上加到圖2內(nèi)二極管的電壓計(jì)算成每一個(gè)二極管內(nèi)的電流和。
提供下述考慮用以確定隨后在兩個(gè)點(diǎn)上流經(jīng)電阻R3的即時(shí)電流，該電流代表了圖3中實(shí)線所表示電壓的峰值和尖點(diǎn)。為了直觀，考慮兩個(gè)特殊的時(shí)間點(diǎn)0和45°。
在0時(shí)間，VA＝Vc＝0，而VB＝-VP和VA＝VP，由此，在0時(shí)間，I0完全等于二極管D4中的電流，該電流由下述公式給出I0′＝VA/(R2+R3)＝VP/(R2+R3) (3)在45°時(shí)間，VA＝VB＝-VP/2]]>而VC＝VD＝VP/2]]>由此，在45°時(shí)間，I0等于二極管D3和D4中電流的和，這個(gè)電流由下述公式給出I0″＝VC/(R3+R2/2)＝2]]>VP/(R2+R3) (4)為了使電阻R3兩端的電壓保持別穩(wěn)定和減少它的諧波失真，本發(fā)明提供非零值電阻R2和R3。電路中存在的電阻R2和R3執(zhí)行一個(gè)調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)使得等式(3)和等式(4)中的電流I0′和I0″彼此相等。這樣，通過(guò)在電阻R3兩端電壓處于如圖3的峰值和尖點(diǎn)所表示的不同極限值時(shí)強(qiáng)制使相同的電流流過(guò)電阻R3，使得在這兩個(gè)時(shí)間的電阻被強(qiáng)制等于這兩個(gè)時(shí)間的峰值VP。
從等式(3)和(4)看出，如果I0′和I0″相等，那么，R2＝2]]>R3(5)因此，對(duì)于R2和R3之間特定的比值，在圖3波形中予期發(fā)生尖點(diǎn)的時(shí)間和波形中予期發(fā)生峰值的時(shí)間，R3兩端能夠出現(xiàn)相同的電壓。
因此，通過(guò)使用符合等式(5)的電阻值的電阻R2和R3，電阻R3上實(shí)際合成直流電壓的波形如圖3中標(biāo)記為E的虛線所示。正如所看到的，在通過(guò)使用圖2所示電路并以圖1所示方式所產(chǎn)生電壓中的幅度變化被從圖3實(shí)線波形的峰值和谷值之間的大的差異中有效地減少了。然而可以看到，在等于基波頻率第8諧波而不是第4諧波上還有再生的尖點(diǎn)部分。
這樣，本發(fā)明已經(jīng)消除了第4諧波，并引入一個(gè)電流，該電流使在它最低諧波上的諧波失真取決于基波的第8諧波。
如果考慮到二極管D1-D4的導(dǎo)通二極管壓降，那么就會(huì)得到稍微不同的結(jié)果。當(dāng)把這個(gè)壓降引入到等式(3)和(4)之中時(shí)，就會(huì)看到，對(duì)于0.7伏的二極管壓降，在0時(shí)間，I0′＝(VA-0.7)/(R2+R3)＝(VP-0.7)/(R2+R3) (6)而在45°時(shí)間，I0″由下式給出I0″＝(VC-0.7)/(R3+R2/2)＝(2]]>VP-1.4)/(R2+2R3) (7)與前面的方法相似，R2和R3兩個(gè)電阻的存在使得I0′和I0″能夠被強(qiáng)制相等。但是在這種情況下，所加電壓相位的峰值VP將保持通過(guò)使等式(6)和(7)的結(jié)果相等而施加的相關(guān)系數(shù)。如所示例，對(duì)于VP＝7.24伏的值，就要產(chǎn)生一個(gè)其中R2＝1.843R3的相關(guān)結(jié)果。雖然這個(gè)值與等式(5)的結(jié)果不同，但還是可以看到類似的結(jié)果適合于這兩種情況。
根據(jù)本發(fā)明，還在4個(gè)二極管的串聯(lián)輸入電阻與連接到這些二極管的輸出或求和電阻之間提供了一個(gè)比值，用來(lái)從合成的直流控制信號(hào)中消除低于正被它們求和信號(hào)的低于第8諧波的所有諧波失真。對(duì)于理想的二極管來(lái)講，兩電阻值之間的關(guān)系是具有固定的比值，該比值取決于在圖3曲線中它們相交處的波形幅度。這樣，對(duì)于組合不同數(shù)量的相位信號(hào)，R2和R3之間的關(guān)系也將是不同的。此外，當(dāng)考慮到二極管的實(shí)際特性時(shí)，其關(guān)系與理想二極管稍有不同，其比值在某種程度上要取決于正被求和的電壓值。
可以進(jìn)一步看到，示于圖1并被用來(lái)從基準(zhǔn)電壓向放大器A5提供負(fù)的，與通過(guò)電阻R2提供的電流相等的電流的電阻R4，出于為獲得前面等式同樣的考慮，可以由下列等式來(lái)確定R4/(R2+R3)＝12/0.9745(7.24-0.7)＝1.883 (8)現(xiàn)在來(lái)參看圖4，它表示了實(shí)施圖1所示電路的詳細(xì)電路。圖4所示電路包括了圖1中的每一部分，并表示了用于電阻R1的在芯片U5和U7中8畢特?cái)?shù)字式可變電阻和用于電容C1的集成的可轉(zhuǎn)換的電容器的用法。
二極管CR1、CR2、CR3和CR4提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)混頻用于產(chǎn)生僅具有高于基波信號(hào)第8諧波的諧波的合成直流信號(hào)。芯片、U16是一個(gè)由芯片U18上反相求和誤差積分器驅(qū)動(dòng)的乘法器。芯片U4、U14、U15是直流放大器，它們都被用于保持振蕩器輸出的直流偏移盡可能接近零。在放大器A3，A1和A2輸入端上的晶體管Q1，Q2和Q3分別使由放大器引起的偏流對(duì)低頻的影響最小化。
要注意到，為執(zhí)行本發(fā)明圖4所表示的電路，提供了從10HZ到1.2MHZ的工作范圍，該電路在低頻端最有效，其中在電阻和電容值變化以后，它可以提供相當(dāng)穩(wěn)定的低失真。
根據(jù)本發(fā)明可以看到，其中具有特定阻值的二極管值比較(或邏輯加)電路使得組合一個(gè)信號(hào)N個(gè)相位的結(jié)果模擬2N個(gè)相位的組合，從而從該組合中消除第N諧波。在彼此間移動(dòng)了同樣相位，并且在電阻R2完全相等的情況，一個(gè)信號(hào)4個(gè)相位的組合表現(xiàn)為在相位間具有45°間隔，并基本上完全消除第4諧波失真的8個(gè)相位組合。
數(shù)學(xué)上的付立葉分析證實(shí)了上述結(jié)果，其中相同的電阻R2為每一個(gè)組合相位提供一個(gè)相同的加權(quán)。當(dāng)在已知電路中存在電阻R3但電阻R2＝0時(shí)，和當(dāng)另外的電路使用非零值電阻R2但電阻R3＝0時(shí)，該電路把R2和R3的非零值組合起來(lái)以獲得前面所予料不到的結(jié)果，并依據(jù)電阻值之間確定適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系消除較低的諧波。
該電路已經(jīng)裝成并經(jīng)過(guò)測(cè)試，所獲得的結(jié)果驗(yàn)證了上述操作。所構(gòu)成電路的失真是如此之低，以致于其它的因素，諸如電阻或類似元件的電壓系數(shù)，都可以被認(rèn)為是能夠獲得完全的驗(yàn)證。
通過(guò)前面的敘述可以認(rèn)識(shí)到，該電壓可以但并不需要由雙積分放大器或N/2積分放大電路來(lái)產(chǎn)生。這樣，由任何振蕩器產(chǎn)生的電壓可以被用于合成來(lái)自振蕩器并且減少了諧波成份的直流電壓。便利的是，由于多積分振蕩器包括其中若干級(jí)，每一級(jí)提供獨(dú)立的相位移信號(hào)，還由于在本圖中所表示的雙積分器在+90°，-90°，和180°提供輸出電壓的3個(gè)相位器移形式，該電壓可以利用最少的附加電路進(jìn)行組合以產(chǎn)生直流電壓。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用等相移信號(hào)，減少合成直流電壓的諧波成份是相當(dāng)容易的。如果把三個(gè)信號(hào)組合起來(lái)，相對(duì)的相位移可以是120°，240°和360°(或者0)。為了使用在圖1振蕩器中可以獲得的3個(gè)相位移信號(hào)，引入了在相位移270°上的第4信號(hào)用以獲得4個(gè)相互間等相移信號(hào)。
從上述該裝置的理論操作說(shuō)明，可以進(jìn)一步看出，在使用了N個(gè)相移信號(hào)的情況下，這些信號(hào)彼此間移位360°/N。
為了表示和敘述的目的提供了前面有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明，但由于按照上述技術(shù)可以作許多的修改和變化，所以，這種說(shuō)明并不想把發(fā)明限制在所公開(kāi)的嚴(yán)格的形式上，所選擇和敘述的實(shí)施例主要是為了解釋本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，借此使本專業(yè)領(lǐng)域以內(nèi)的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的各實(shí)施例以及各種變形，這些變形適于經(jīng)仔細(xì)考慮的特殊應(yīng)用。當(dāng)依據(jù)被合法和正當(dāng)授權(quán)的整個(gè)廣度受到妨害時(shí)，希望本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求
所限定。
權(quán)利要求
1.一種幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，用于在予定的基波頻率上產(chǎn)生輸出信號(hào)，其改進(jìn)包括第一裝置，用于從振蕩電路輸出信號(hào)的N個(gè)相位去合成直流電壓，和第二裝置，用于從由振蕩器輸出信號(hào)合成的直流電壓中基本上消除在低于振蕩電路基波頻率第2N諧波頻率上的諧波失真。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第一裝置包括N個(gè)二極管裝置，每個(gè)二極管裝置都連接成能把代表輸出信號(hào)相位移重現(xiàn)的電壓傳遞給一個(gè)公共點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所說(shuō)的經(jīng)改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第二裝置包括連接到上述每一個(gè)二極管裝置的輸入電阻，所說(shuō)的輸入電阻具有基本上消除低于第2N諧波失真的阻值。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所說(shuō)的經(jīng)改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第二裝置包括提供給每一一個(gè)上述二極管裝置的輸入電阻和從上述公共點(diǎn)連接的輸出電阻，上述的輸出電阻和輸入電阻具有用于基本上消除低于第2N諧波失真的諧波失真的予定比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所說(shuō)的改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第一裝置還包括用于接收來(lái)自公共點(diǎn)電壓的放大裝置，所說(shuō)的放大裝置把上述來(lái)自公共點(diǎn)的電壓和基準(zhǔn)值組合起來(lái)用于產(chǎn)生基本上沒(méi)有低于第2N諧波的諧波失真的比較電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所說(shuō)的改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第一裝置還包括一個(gè)乘法裝置用于將上述比較電壓和到達(dá)上述一個(gè)二極管裝置的輸入電壓相乘，從而產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)用于把總的相位移調(diào)節(jié)到使振蕩電路穩(wěn)定振蕩的一個(gè)值上。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所說(shuō)的改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第一裝置還包括一個(gè)乘法裝置，用于把上述公共點(diǎn)電壓函數(shù)的第二電壓與振蕩電路中存在的正交信號(hào)相乘從而產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)用于把總的相位移調(diào)節(jié)到使振蕩電路穩(wěn)定振蕩的一個(gè)值上。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所說(shuō)的改進(jìn)的幅度調(diào)節(jié)振蕩電路，其中所說(shuō)的第二裝置包括提供給上述每個(gè)二極管裝置的輸入電阻和從上述公共點(diǎn)連接的輸出電阻，上述的輸出電阻和輸入電阻具有用以有效減少低于第2N諧波的諧波失真的予定比值。
9.一個(gè)用于從振蕩電壓產(chǎn)生經(jīng)整流的直流電壓，并用于有效減少上述直流電壓中諧波失真的電路，包括第一裝置，用于獲得N個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)包括上述振蕩電壓的不同相位移形式;第二裝置，用于把上述N個(gè)信號(hào)組合起來(lái)并提供最終經(jīng)過(guò)整流的電壓，該電壓隨時(shí)間而變化的值在任何時(shí)間都基本上等于在那個(gè)時(shí)間上述N個(gè)信號(hào)中任一個(gè)的最大值;和第三裝置，用于在上述經(jīng)整流電壓中有效地減少低于振蕩電壓第2N諧波的諧波失真。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所說(shuō)的電路，其中所說(shuō)的第二裝置包括多個(gè)二極管，其連接方式為能用于接收上述N個(gè)相位移信號(hào)并能提供公共輸出電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所說(shuō)的電路，其中所說(shuō)的第三裝置包括與上述多個(gè)二極管中每一個(gè)二極管串聯(lián)的電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的電路，其中所說(shuō)的公共輸出電壓輸出給求和電阻，并且第三裝置包括與多個(gè)二極管中每一個(gè)二極管串聯(lián)的串聯(lián)電阻，上述的求和電阻和串聯(lián)電阻被提供一個(gè)予定的比值以使上述諧波失真最小化。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所說(shuō)的電路，其中所說(shuō)的每個(gè)二極管的串聯(lián)電阻值近似地等于求和電阻值與2的平方根的乘積。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12所說(shuō)的電路，其中所說(shuō)的每個(gè)二極管的串聯(lián)電阻比所說(shuō)的求和電阻大一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)隨上述公共輸出電壓而變化。
15.在多積分振蕩電路中，包括至少第一和第二積分器和至少一個(gè)反相放大器，每個(gè)都被連接成可以提供一組N個(gè)相位移信號(hào)，其中N是整數(shù)，并且上述N個(gè)相位移信號(hào)的每一個(gè)基本上等于上述振蕩電路的輸出電壓，還包括一組N個(gè)二極管組合電路用于使上述N個(gè)相位移信號(hào)進(jìn)行邏輯加從而提供一個(gè)經(jīng)過(guò)整流的輸出電壓，該電壓具有包括至少第N和第2N諧波的上述輸出電壓的直流成份和諧波，其改進(jìn)包括電路裝置，用于通過(guò)從上述經(jīng)整流輸出的電壓中消除在所說(shuō)的第N諧波上含有尖點(diǎn)的第N諧波成份和通過(guò)用含有至少在所說(shuō)第2N諧波頻率上產(chǎn)生尖點(diǎn)的成份來(lái)取代上述成份來(lái)減少上述第N諧波。所說(shuō)的電路裝置包括與上述N個(gè)二極管中的每一個(gè)二極管串聯(lián)的串聯(lián)阻抗裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所說(shuō)的改進(jìn)的多積分振蕩電路，其中，所說(shuō)的N個(gè)二極管把上述經(jīng)整流的輸出電壓提供給求和阻抗，所說(shuō)的串聯(lián)阻抗與求和阻抗具有予定的比值，用以由上述第2N諧波尖點(diǎn)成份取代上述第N諧波尖點(diǎn)成份。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16所說(shuō)的改進(jìn)的多積分振蕩電路，其中所說(shuō)的整數(shù)N是4，所說(shuō)的電路包括其中兩個(gè)積分器和兩個(gè)反相放大器，用以提供4個(gè)相位信號(hào)，并且其中所說(shuō)的串聯(lián)阻抗包括提供給4個(gè)二極管中每一個(gè)的第一電阻，并且求和阻抗包括第二電阻。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所說(shuō)的改進(jìn)的多積分振蕩電路，其中所說(shuō)的第一阻抗的值比所說(shuō)的第二阻抗的值大一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)取決于經(jīng)過(guò)整流的輸出電壓的幅度。
19.根據(jù)權(quán)利要求
17所說(shuō)的改進(jìn)的多積分振蕩電路，其中所說(shuō)第一阻抗的值至少等于所說(shuō)第二阻抗的值與2的平方根的乘積。
專利摘要
一個(gè)直流電壓由組合一個(gè)振蕩器信號(hào)的N個(gè)相位合成。一個(gè)二極管電路用于組合該N個(gè)相位，并且該電路各部分間所建立的關(guān)系可以從合成的直流電壓中消除振蕩信號(hào)的第N諧波。與非零求和輸出電阻一起提供了用于4個(gè)二極管的非零輸入串聯(lián)電阻，用以向提供了一個(gè)信號(hào)4個(gè)相同移動(dòng)相位的雙積分振蕩器提供不含有低于第8詣波的諧波的直流電壓。
文檔編號(hào)H03B5/20GK87101245SQ87101245
公開(kāi)日1988年7月6日 申請(qǐng)日期1987年11月18日
發(fā)明者威廉·J·布里茨 申請(qǐng)人:約翰-弗蘭克制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan