本实用新型专利技术公开一种反馈控制型非线性失真信号发生器，该发生器由有源晶振(1)、正弦信号发生器(2)、静态工作点设置电路(3)、推挽放大电路(4)、输出放大电路(5)、采样调理电路(6)、模数转换器(7)、微控制器(8)、操作键盘(9)、液晶显示器(10)组成；正弦信号发生器(2)采用输出具有程控增益放大功能的直接数字频率合成器，静态工作点设置电路(3)、推挽放大电路(4)、输出放大电路(5)、采样调理电路(6)均含有数字电位器，微控制器(8)通过模数转换器(7)采集输出信号波形，并基于实测波形参数调整数字频率合成器的输出增益及数字电位器的阻值，对输出信号波形失真类型及THD值进行精确的反馈控制。馈控制。馈控制。
【技术实现步骤摘要】
一种反馈控制型非线性失真信号发生器
[0001]本技术涉及模拟电子技术与非线性失真度检定校验仪器领域，尤其是涉及一种反馈控制型非线性失真信号发生器。
技术介绍
[0002]在模拟电子技术中，正弦信号的非线性失真包括饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真4种类型，其中，饱和失真引起正弦信号底部被切削变形，故又被称为底部失真；截止失真引起正弦信号顶部被切削变形，故又被称为顶部失真；双向失真引起正弦信号顶部和顶部同时被切削变形；交越失真引起正弦信号过零点附近波形畸变。信号非线性失真的程度由总谐波失真系数(THD，Total Harmonic Distortion)进行衡量，总谐波失真系数定义为
[0003][0004]式中，U1为基波电压的有效值，U
n
为n次谐波电压的有效值。通常，可采用快速傅里叶变换FFT获得波形各次谐波电压的有效值，并根据式(1)计算出THD。
[0005]在一些电子仪器及电子电路的非线性失真度检定、校准及高校模拟电子技术教学演示、实验等应用中，需要按照使用者的设置产生并显示设定类型和失真度的非线性失真信号源，一般要求失真信号发生器可以产生上述4种失真类型和正常的正弦波形，频率范围为5Hz～200kHz，THD范围为0.1％～100％，输出信号峰峰值范围为0.1V～5.0V。CN111505376A公开了一种产生标准非线性失真度的装置及方法，但是，目前尚没有对失真信号的类型、非线性失真度THD、输出频率、输出幅值进行精确控制与调整的技术。
[0006]本技术为产生精确控制的非线性失真信号源提供了一种解决方案。
技术实现思路
[0007]为了实现上述技术目标，本技术提供了一种反馈控制型非线性失真信号发生器，该失真信号发生器由有源晶振、正弦信号发生器、静态工作点设置电路、推挽放大电路、输出放大电路、采样调理电路、模数转换器、微控制器、操作键盘、液晶显示器组成；
[0008]所述有源晶振的信号输出端接至正弦信号发生器的参考信号输入端，正弦信号发生器的信号输出端接至静态工作点设置电路的输入端，静态工作点设置电路的输出端接至推挽放大电路的输入端，推挽放大电路的输出端接至输出放大电路的输入端，输出放大电路输出失真信号，并将失真信号输出端接至采样调理电路的输入端，采样调理电路的输出端接至模数转换器的输入端，模数转换器通过数字总线与微控制器相连，正弦信号发生器、操作键盘及液晶显示器通过数字接口与微控制器相连；
[0009]所述静态工作点设置电路、推挽放大电路、输出放大电路、采样调理电路均含有数字电位器，数字电位器可变电阻两端接在相应的功能电路中，数字电位器的数字控制输入
接口与微控制器的输出接口相连。
[0010]所述正弦信号发生器采用输出具有程控增益放大功能的直接数字频率合成器(DDS)，输出峰峰值在20mV～200mV、频率在5Hz～200kHz范围内的标准正弦波信号。
[0011]所述静态工作点设置电路采用共发射极三极管放大电路，静态工作点设置采用负反馈电路实现，将所述推挽放大电路的静态工作电压通过电阻分压型负反馈通道反馈至该三极管的基极，反馈通道上侧分压电阻采用一个数字电位器。
[0012]所述推挽放大电路采用由中功率NPN和PNP互补对称三极管构成的OTL电路，在输出端接有充放电电容及负载电阻，两个三极管基极间接一个数字电位器。
[0013]所述输出放大电路采用由集成运放构成的反相放大电路，其反馈通道接一个数字电位器，该放大电路的增益可在
‑
20dB～20dB范围内调整。
[0014]所述采样调理电路采用由集成运放构成的同相加法放大电路，其输入信号分别为该发生器输出的失真信号及一个可调直流电压，其反馈通道接一个数字电位器，其输出电压在模数转换器的参考电压范围之内。
[0015]所述微控制器采用运算速度不低于50MIPS，数据存储器RAM不小于16kB的微控制器，优选的是采用32位ARM
‑
Cortex M3内核的STM32F103微控制器；所述模数转换器优先选用微控制器内部集成的12位ADC通道；所述操作键盘及液晶显示器构成人机接口，用于用户设置操作及输出显示。其控制流程及方案为：通过模数转换器实时采集输出信号波形，微控制器基于FFT算法分析波形失真类型并测量其THD值，基于实测的波形失真类型及THD值，根据智能控制算法，调整DDS内部集成程控增益放大器的输出增益及数字电位器的阻值，对输出信号波形失真类型及THD值进行精确的反馈控制，满足用户输出波形设置要求。
[0016]本技术至少包括以下有益效果：
[0017](1)该信号发生器具有饱和失真、截止失真、双向失真、交越失真等多种类型及其组合型非线性失真信号可供选择。
[0018](2)在推挽放大电路与静态工作点设置电路之间引入了负反馈，放大电路静态工作点稳定，温度漂移小。
[0019](3)具有输出信号反馈控制通道，可利用微控制器基于FFT算法对输出波形的THD进行实时测量，并通过直接数字频率综合器(DDS)及数字电位器对波形的失真类型及THD参数进行精确控制，波形参数控制准确。
[0020](4)利用DDS及输出放大电路数字电位器的调整功能，输出信号幅值、频率可在使用要求范围内进行调整。
[0021](5)具有人机接口功能，可以方便设置失真信号输出参数，并在液晶显示器上实时显示输出信号波形曲线及波形参数，如失真类型、失真THD、各次谐波电压大小，方便用户使用以及对其它电子仪器与电子电路进行检定校准。
[0022]本技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0023]图1为本技术所述的反馈控制型非线性失真信号发生器的组成原理示意图。
[0024]图2为本技术所述的反馈控制型非线性失真信号发生器的具体实施电路原理
图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0026]为了实现上述技术目标，本技术提供了一种反馈控制型非线性失真信号发生器，如图1所示，该失真信号发生器由有源晶振1、正弦信号发生器2、静态工作点设置电路3、推挽放大电路4、输出放大电路5、采样调理电路6、模数转换器7、微控制器8、操作键盘9、液晶显示器10组成；
[0027]如图1所示，所述有源晶振1的信号输出端接至正弦信号发生器2的参考信号输入端，正弦信号发生器2的信号输出端接至静态工作点设置电路3的输入端，静态工作点设置电路3的输出端接至推挽放大电路4的输入端，推挽放大电路4的输出端接至输出放大电路5的输入端，输出放大电路5输出失真信号，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种反馈控制型非线性失真信号发生器，其特征在于：该失真信号发生器由有源晶振(1)、正弦信号发生器(2)、静态工作点设置电路(3)、推挽放大电路(4)、输出放大电路(5)、采样调理电路(6)、模数转换器(7)、微控制器(8)、操作键盘(9)、液晶显示器(10)组成；所述有源晶振(1)的信号输出端接至正弦信号发生器(2)的参考信号输入端，正弦信号发生器(2)的信号输出端接至静态工作点设置电路(3)的输入端，静态工作点设置电路(3)的输出端接至推挽放大电路(4)的输入端，推挽放大电路(4)的输出端接至输出放大电路(5)的输入端，输出放大电路(5)输出失真信号，并将失真信号输出端接至采样调理电路(6)的输入端，采样调理电路(6)的输出端接至模数转换器(7)的输入端，模数转换器(7)通过数字总线与微控制器(8)相连，正弦信号发生器(2)、操作键盘(9)及液晶显示器(10)通过数字接口与微控制器(8)相连；所述静态工作点设置电路(3)、推挽放大电路(4)、输出放大电路(5)、采样调理电路(6)均含有数字电位器，数字电位器可变电阻两端接在相应的功能电路中，数字电位器的数字控制输入接口与微控制器(8)的输出接口相连。2.根据权利要求1所述的一种反馈控制型非线性失真信号发生器，其特征在于：所述正弦信号发生器(2)采用输出具有程控增益放大功能的直接数字频率合成器，输出峰峰值在20mV～200mV、频率在5Hz～20...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，计铭杰，李诚，王胜祥，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：
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