一種移相電路的制作方法
【專利摘要】一種移相電路，能對輸入的交流電壓信號進行90度移相，用于單相交流電路中的無功功率或無功電流測量，它包括將輸入的交流電壓信號整形成交流方波信號Ui的整形電路，將交流方波信號轉(zhuǎn)換成三角波信號Ug的波形轉(zhuǎn)換電路，提取三角波信號中交流分量的提取電路，對三角波信號中交流分量進行極性判別的極性判別電路，所述的極性判別電路可輸出滯后于輸入的交流電壓信號90度的方波信號Uo。本移相電路的線路結(jié)構(gòu)簡單，能夠精確地移相，并且當被測的交流電壓信號頻率發(fā)生變化時，輸出的交流電壓信號相位依然保持不變。
【專利說明】—種移相電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移相電路，用于對交流信號進行移相。

【背景技術(shù)】
[0002]測量單相交流電路中的無功功率或無功電流時，一般要對被測的交流電壓信號進行移相，使其與被測電流產(chǎn)生90度附加相位差；通常通過多級RC電阻電容移相電路可使輸出的交流電壓信號相位滯后于輸入的交流電壓信號90度,根據(jù)交流電壓信號的頻率選擇電阻的阻值和電容的容量使移相的角度達到規(guī)定的要求，RC電阻電容移相電路的結(jié)構(gòu)簡單，但當交流電壓信號的頻率發(fā)生變化時，其移相的角度也發(fā)生變化，使無功電流或無功功率的測量產(chǎn)生誤差，因此有必要進行改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種移相電路，該移相電路能使輸出的交流電壓信號相位滯后于輸入的被測的交流電壓信號90度，并且當輸入的交流電壓信號頻率發(fā)生變化時，輸出的交流電壓信號相位任然保持不變。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種移相電路包括將輸入的交流電壓信號整形成交流方波信號Ui的整形電路，將交流方波信號轉(zhuǎn)換成三角波信號的波形轉(zhuǎn)換電路，提取三角波信號中交流分量的提取電路，對三角波信號中交流分量進行極性判別的極性判別電路；
其特征是，所述的波形轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器A2，運算放大器A2的反相輸入端通過電阻R4與整形電路的輸出端連接，運算放大器A2的反相輸入端與輸出端之間接有電容C2 ；
所述的提取電路包括運算放大器A3，運算放大器A3的同相輸入端通過電解電容C3與運算放大器A2的輸出端連接，運算放大器A3的反相輸入端與輸出端連接；
所述的極性判別電路包括運算放大器A4，運算放大器A4的反相輸入端通過電解電容C4與運算放大器A3的輸出端連接，運算放大器A4的同相輸入端接地，運算放大器A4的輸出端輸出的方波信號Uo相位滯后于交流方波信號Ui相位90度。
[0005]本發(fā)明的特點是:1、外部的交流電壓信號U被整形電路轉(zhuǎn)換為一交流方波信號Ui，交流方波信號Ui與交流電壓信號U的相位相同，交流方波信號Ui的方波波形對稱幅值穩(wěn)定可視為一交流恒壓源，這樣可有效地抑制外部的交流電壓信號U中的干擾信號；2、交流方波信號Ui的高電平和低電平分別控制波形轉(zhuǎn)換電路的運算放大器A2對電容C2進行恒流充電和恒流放電，使電容C2的充電和放電的過程與交流方波信號Ui的高電平和低電平的出現(xiàn)保持同步，使運算放大器A2輸出三角波的下降沿和上升沿為線性變化，由于三角波的下降沿和上升沿均為線性變化，使三角波下降沿的中點滯后于交流方波信號Ui上升沿90度，三角波上升沿的中點滯后于交流方波信號Ui下降沿90度，通過對三角波下降沿和上升沿中點的判斷可精確地得到一滯后于被測交流電壓信號相位90度的輸出信號。
[0006]本發(fā)明的有益效果是，所述的移相電路線路結(jié)構(gòu)簡單，能夠精確地使輸出的交流電壓信號相位滯后于被測的交流電壓信號90度，并且當被測的交流電壓信號頻率發(fā)生變化時，輸出的交流電壓信號相位依然保持不變。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的線路原理圖。
[0008]圖2為圖1電路中相關(guān)工作點的波形圖。
[0009]圖3為整形電路的另一實施例的線路原理圖。

【具體實施方式】
[0010]現(xiàn)結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0011]一種移相電路(參見圖1)包括將輸入的被測的交流電壓信號U整形成交流方波信號Ui的整形電路，將交流方波信號轉(zhuǎn)換成三角波信號Ug的波形轉(zhuǎn)換電路，提取三角波信號中交流分量的提取電路，對三角波信號中交流分量進行極性判別的極性判別電路，正電源VDD和負電源VSS為移相電路的工作電源，所述的交流電壓信號U的波形為正弦波。
[0012]所述的整形電路由運算放大器Al、電阻R2、電阻R3構(gòu)成一同相放大器，運算放大器Al的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R3，運算放大器Al的反相輸入端通過電阻R2接地，交流電壓信號U送到運算放大器Al的同相輸入端，運算放大器Al的輸出端通過電阻R1、穩(wěn)壓二極管DW1、DW2接地，穩(wěn)壓二極管DWl的陰極與穩(wěn)壓二極管DW2的陰極連接，穩(wěn)壓二極管DW2的陽極接電阻R1，穩(wěn)壓二極管DWl的陽極接地，穩(wěn)壓二極管DW1、DW2的穩(wěn)壓值相等，電阻Rl與穩(wěn)壓二極管DW2的連接點為整形電路的輸出端，輸出端上的交流方波信號Ui波形對稱幅值穩(wěn)定。所述的運算放大器Al的型號為0P07。
[0013]所述的整形電路也可這樣構(gòu)成(參見圖3)，即由運算放大器Al、電阻R2、電阻R3構(gòu)成一同相放大器，運算放大器Al的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R3，運算放大器Al的反相輸入端通過電阻R2接地，交流電壓信號U通過電阻Rl送到運算放大器Al的同相輸入端，運算放大器Al的同相輸入端分別接二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極，二極管Dl的陰極和二極管D2的陽極接地，電阻Rl和二極管Dl、D2對交流電壓信號U起到削波和穩(wěn)幅作用，運算放大器Al的輸出端為整形電路的輸出端，整形電路輸出端上的交流方波信號Ui波形對稱幅值穩(wěn)定。
[0014]波形轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)為，運算放大器A2的反相輸入端通過電阻R4與整形電路的輸出端連接，運算放大器A2的反相輸入端與輸出端之間接有電容C2 ;運算放大器A2的輸出端輸出三角波信號Ug。所述的運算放大器A2的型號為0P07
所述的提取電路包括運算放大器A3，運算放大器A3的同相輸入端通過電解電容C3與運算放大器A2的輸出端連接，運算放大器A3的反相輸入端與輸出端相連接，運算放大器A3的輸出端可輸出一無直流分量的交流三角波信號Uj。所述的運算放大器A3的型號為0P07，所述的電解電容C3的容量為10(Γ330微法。
[0015]所述的極性判別電路包括運算放大器Α4，運算放大器Α4的反相輸入端通過電解電容C4與運算放大器A3的輸出端連接，運算放大器Α4的同相輸入端接地，運算放大器Α4的輸出端輸出的方波信號Uo滯后于交流方波信號Ui 90度。所述的運算放大器Α4的型號為0Ρ07，所述的電解電容C4的容量為ΚΚΓ330微法。
[0016]現(xiàn)結(jié)合圖2說明本移相電路的工作原理，被測的交流電壓信號U由整形電路轉(zhuǎn)換為一交流方波信號Ui,交流方波信號Ui與交流電壓信號U的相位相同,交流方波信號Ui的方波波形對稱幅值穩(wěn)定可視為一交流恒壓源。
[0017]交流方波信號Ui控制波形轉(zhuǎn)換電路中的運算放大器A2對電容C2進行恒流充電和恒流放電，當交流方波信號Ui的幅值確定后，充電和放電的電流大小與電阻R4的阻值有關(guān)，由于交流方波信號Ui的波形對稱幅值穩(wěn)定，對電容C2充電和放電的電流是相等的，當交流方波信號Ui為正半周時電容C2處于充電狀態(tài)，運算放大器A2輸出三角波Ug的下降沿，當交流方波信號Ui為負半周時電容C2處于放電狀態(tài)，運算放大器A2輸出三角波信號Ug的上升沿；從圖2中可看出三角波信號Ug含有直流分量，三角波信號不是對稱地分布在時間軸上的上下兩側(cè)。
[0018]所述的提取電路能夠去除三角波信號Ug中的直流分量，提取電路中的運算放大器A3構(gòu)成一射極跟隨器，運算放大器A3的同相輸入端與上一級波形轉(zhuǎn)換電路中的運算放大器A2的輸出端之間接有電解電容C3，波形轉(zhuǎn)換電路輸出的三角波信號Ug中的直流分量被電解電容C3隔離，提取電路輸出的交流三角波信號Uj為一純交流分量信號，它對稱地分布在時間軸上的上下兩側(cè)；需要說明的是由于運算放大器A3的輸入阻抗可達數(shù)兆歐姆，當交流方波信號Ui頻率高于或等于工頻并且電解電容C3的容量大于100微法時，電解電容C3所引起的相位移接近于0，不會對三角波信號Ug的相位產(chǎn)生影響。
[0019]所述的極性判別電路對交流三角波信號Uj的極性進行判別，極性判別電路中的運算放大器A4的同相輸入端接地，運算放大器A4的反相輸入端通過電解電容C4接收交流三角波信號Uj，運算放大器A4構(gòu)成一電壓比較器，由于運算放大器A4的輸入阻抗遠遠大于電解電容C4的容抗，因此不會對交流三角波信號Uj的相位產(chǎn)生影響；當交流三角波信號Uj處于正半周時運算放大器A4的反相輸入端的電壓大于O運算放大器A4的輸出端為高電平，當交流三角波信號Uj處于負半周時運算放大器A4的反相輸入端的電壓為負小于0，運算放大器A4的輸出端為低電平，從圖2可看出極性判別電路輸出的方波信號Uo滯后于交流方波信號Ui 90度，這里所說的90度為交流方波信號Ui周期的四分之一。由于交流方波信號Ui的相位與被測的交流電壓信號U的相位相同，方波信號Uo也滯后于被測的交流電壓信號U 90度。
[0020]當被測的交流電壓信號U的頻率發(fā)生變化時交流方波信號Ui的頻率也隨之變化，由于波形轉(zhuǎn)換電路中電容C2的充電和放電過程受控于交流方波信號Ui，即電容C2的充電和放電的周期是與交流方波信號Ui同步的，波形轉(zhuǎn)換電路輸出的三角波信號Ug的下降沿和上升沿各自斜率不變，波形始終為一等腰三角形；圖2中顯示了交流方波信號Ui的頻率變化情況，區(qū)間Π的頻率、區(qū)間f2的頻率、區(qū)間f3的頻率分別不同，電容C2的充電和放電的時間也發(fā)生變化使其產(chǎn)生的三角波的幅值分別不同，但電容C2的充電和放電的起始點和終點與交流方波信號Ui的邊沿上升和下降變化是一致的是同步的，使得方波信號Uo始終滯后于外部的交流電壓信號U 90度。
[0021]具體應(yīng)用時，可在方波信號Uo正半周的周期內(nèi)對被測電流進行積分運算或求被測電流的平均值可得到被測電流的無功分量即無功電流。
【權(quán)利要求】
1.一種移相電路包括將輸入的交流電壓信號整形成交流方波信號Ui的整形電路，將交流方波信號轉(zhuǎn)換成三角波信號的波形轉(zhuǎn)換電路，提取三角波信號中交流分量的提取電路，對三角波信號中交流分量進行極性判別的極性判別電路； 其特征是，所述的波形轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器A2，運算放大器A2的反相輸入端通過電阻R4與整形電路的輸出端連接，運算放大器A2的反相輸入端與輸出端之間接有電容C2 ； 所述的提取電路包括運算放大器A3，運算放大器A3的同相輸入端通過電解電容C3與運算放大器A2的輸出端連接，運算放大器A3的反相輸入端與輸出端連接； 所述的極性判別電路包括運算放大器A4，運算放大器A4的反相輸入端通過電解電容C4與運算放大器A3的輸出端連接，運算放大器A4的同相輸入端接地，運算放大器A4的輸出端輸出的方波信號Uo相位滯后于交流方波信號Ui相位90度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相電路，其特征是，所述的整形電路由運算放大器Al、電阻R2、電阻R3構(gòu)成一同相放大器，運算放大器Al的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R3，運算放大器Al的反相輸入端通過電阻R2接地，交流電壓信號U送到運算放大器Al的同相輸入端，運算放大器Al的輸出端通過電阻R1、穩(wěn)壓二極管DW1、DW2接地，穩(wěn)壓二極管DWl的陰極與穩(wěn)壓二極管DW2的陰極連接，穩(wěn)壓二極管DW2的陽極接電阻R1，穩(wěn)壓二極管DWl的陽極接地，穩(wěn)壓二極管DW1、DW2的穩(wěn)壓值相等，電阻Rl與穩(wěn)壓二極管DW2的連接點為整形電路的輸出端，整形電路輸出的交流方波信號Ui波形對稱、幅值穩(wěn)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相電路，其特征是，所述的整形電路由運算放大器Al、電阻R2、電阻R3構(gòu)成一同相放大器，運算放大器Al的反相輸入端與輸出端之間接有電阻R3，運算放大器Al的反相輸入端通過電阻R2接地，交流電壓信號U通過電阻Rl送到運算放大器Al的同相輸入端，運算放大器Al的同相輸入端分別接二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極，二極管Dl的陰極和二極管D2的陽極接地，電阻Rl和二極管Dl、D2對交流電壓信號U起到削波和穩(wěn)幅作用，運算放大器Al的輸出端為整形電路的輸出端，整形電路輸出的交流方波信號Ui波形對稱幅值穩(wěn)定。
【文檔編號】H03H11/16GK104184432SQ201410411245
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】高玉琴 申請人:高玉琴