智能化測(cè)控技術(shù)

1、1.1外發(fā)展現(xiàn)狀第一章緒論在目前的測(cè)試領(lǐng)域中，越來越廣泛地利用相關(guān)檢測(cè)的方法進(jìn)行濾波，利用相關(guān)濾波可以 方便地從復(fù)雜的待測(cè)信號(hào)（包括有用信號(hào)、隨機(jī)噪聲和諧波頻率等成分等）中分離出某一 特定頻率的信號(hào)，在數(shù)字技術(shù)迅速發(fā)展以后，相關(guān)濾波也經(jīng)常利用印。版對(duì)信號(hào)采樣后， 在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)，成為數(shù)字濾波器的一種形式，本文設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)相關(guān)濾波的方法，這 是相關(guān)分析在測(cè)試技術(shù)中的-個(gè)典型應(yīng)用Labview是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出一種基于“圖 形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程序言，在以PZ 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)量和工控軟件中, Labview開發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點(diǎn)，從流程圖式的編程，不

2、需要先編譯就存在語法檢測(cè)和調(diào)試過程使用的數(shù)據(jù)指針，到其豐富的函數(shù)、數(shù)值、信號(hào)處 理和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等功能，應(yīng)用Labview進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)，效率高，操作簡(jiǎn)單，并能對(duì)誤差精 度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，把傳統(tǒng)儀器利用Labview用軟件的方法來實(shí)現(xiàn)，開發(fā)周期短，易于維護(hù) 和升級(jí)，可以設(shè)計(jì)出傳統(tǒng)儀器所不能比擬的虛擬儀器，“軟件就是儀器” 一這就是虛擬 儀器技術(shù)的精髓。傳統(tǒng)儀器是由廠家設(shè)計(jì)并定義好功能的封閉式機(jī)構(gòu)，每種儀器實(shí)現(xiàn)一種特定的功能。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)儀器儀表技術(shù)的結(jié)合，在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和計(jì)算機(jī)的幫助下，通 過軟件實(shí)現(xiàn)儀器的全部功能的新式儀器一虛擬儀器出現(xiàn)了。虛擬儀器技術(shù)作為新興的構(gòu) 造儀器技術(shù)，它可

3、以部分實(shí)現(xiàn)甚至全部實(shí)現(xiàn)物理儀器功能。與傳統(tǒng)儀器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)測(cè)試量的處理和計(jì)算可更復(fù)雜且處理速度更快，測(cè)試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣，可 以方便地存儲(chǔ)和交換測(cè)試數(shù)據(jù)，價(jià)格低，技術(shù)更新快。它的最大特點(diǎn)就是把由儀器生產(chǎn)廠 家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。1.2選意義數(shù)字濾波器是數(shù)字信號(hào)分析中的重要組成部分，它實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波、提取、增強(qiáng)信號(hào)的 游泳分量、削弱無用的分量。經(jīng)典濾波器的特點(diǎn)是輸入信號(hào)中的有用頻率成分和希望濾除 的頻率成分各占有不同的頻帶，通過一個(gè)合適的選頻濾波器達(dá)到濾波目的。但如果信號(hào)和 干擾的頻率相重疊，那么經(jīng)典濾波器將無能為力，這時(shí)

4、需要采用現(xiàn)代濾波器，加維納濾波 器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等。從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或從單位脈沖響應(yīng)分類，數(shù)字濾 波器可以分為無限脈沖相應(yīng)濾波器和有限脈沖相應(yīng)濾波器。與IIR相比，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器能 夠被設(shè)計(jì)成具有線性相位特性的濾波器。因此，它在要求具有線性相位的應(yīng)用場(chǎng)合具有廣 泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法很多，其中較為常用的是窗函數(shù)設(shè)計(jì)法和頻率采樣設(shè)計(jì) 法。本文介紹一種利用窗函數(shù)設(shè)計(jì)的虛擬濾波器。Labview為設(shè)計(jì)者提供了 FIR和舊濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指 標(biāo)參數(shù)即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI位于Labview流程圖面 版的 Functio

5、nAnalyzeSignal ProcessingFilters 上。基于 Labview 的 IIR 數(shù) 字濾波器的設(shè) 計(jì)。不同濾波器VI濾波時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途各異。在利用Labview實(shí)現(xiàn)濾波功 能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器時(shí)，可參照不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波 的實(shí)際要求來選擇合適的濾波器。1.3虛擬儀器系統(tǒng)組建方案通過各種不同的接口總線，組建不同規(guī)模的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。虛擬儀器系統(tǒng)按硬件構(gòu)成 方式，可有以下幾種組建方案：GPIB儀器通過GPIB接口卡與計(jì)算機(jī)組成GPIB系統(tǒng)。VX I儀器與計(jì)算機(jī)組成VXI系統(tǒng)。(3)PXI儀器組成PXI系統(tǒng)。(4)以DAQ和信號(hào)調(diào)理

6、部分為硬件組成PC-DAQ測(cè)試系統(tǒng)。并行總線儀器組成并行總線系統(tǒng)。串行總線儀器組成串行總線系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備組成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。第二章LabVIEW簡(jiǎn)介2.1 LabVIEW 概述LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境簡(jiǎn)稱，是功能強(qiáng)大、復(fù)雜程序開發(fā)環(huán)境。包含圖 形編程語言開發(fā)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、儀器控制領(lǐng)域的虛擬儀器應(yīng)用程序。LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開發(fā)的一個(gè)功能大而又靈活的儀器和分析 軟件應(yīng)用開發(fā)工具。類似于6和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著 區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化 編輯語言G編寫

7、程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與6和BASIC -樣，LabVIEW也是通用編程系統(tǒng)，有一完成任何編程任務(wù)龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB. 串 口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，加設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子 VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW 程序稱為“虛擬儀器”或簡(jiǎn)稱為VI。LabVIEW不同于基于文本的編程語言(如 Fortran和C)，它是一種圖形編程語言一通常成為G編程語言，其編程過程就是通過圖 形符號(hào)描述程序的行為。LabVIEW使用的是科學(xué)家和工程師們所熟悉的術(shù)語，還使用

8、了易 于識(shí)別的構(gòu)造G語言的圖形符號(hào)。即使具有很少變成經(jīng)驗(yàn)的人也能學(xué)會(huì)使用LabVIEW，并 能夠發(fā)現(xiàn)和了解一些有用的基本編程原則。如果從前未編過程(成許有一些編程經(jīng)驗(yàn)但已 忘了許多)，在鉆研G編程語言之前，需要復(fù)習(xí)一下編程方面的基本概念。LabVIEW系統(tǒng)由其應(yīng)用執(zhí)行文件和許多相關(guān)文件以及子目錄組成。LabVIEW使用文件 和目錄來存儲(chǔ)創(chuàng)建VI所必需的信息，部分重要的文件和目錄如下：LabVIEW 可執(zhí)行程序：用于啟動(dòng)LabVIEW。vi.lib目錄：該目錄包含VI庫，加數(shù)據(jù)采集、儀器控制和分析VI。它必須與LabVIEW 執(zhí)行程序在同一目錄下。不要改變vi.lib目錄名稱，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW

9、啟動(dòng)時(shí)要查找該目錄。如 果改變此名稱，就不能使用眾多的控件和庫函數(shù)。Examples目錄：該目錄包含許多VI示例，這些例子示了 LabVIEW的功能。user.lib目錄：用戶創(chuàng)建的VI保存于該目錄并將出現(xiàn)在LabVIEW的Functions Palette (函數(shù)選項(xiàng)版)上。instr.lib目錄：如果希望用戶儀器驅(qū)動(dòng)程序庫出現(xiàn)在LabVIEW的函數(shù)選項(xiàng)版上，應(yīng) 將其放置在該目錄下。Learning目錄：該目錄包含有用戶使用時(shí)所需要的叫庫。2.2 LabVIEW的操作模板LabVIEW具有多個(gè)圖形化的操作模版，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序。這些操作模版可以隨意在屏 幕上移動(dòng)，并可以置在屏幕的任意位置。

10、操縱模板共有三類，為工具(Tools )模版、控 制(Controls)模板和功能(Functions)模板。一工具模板工具模版為編程者提供各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具?？稍赪indows菜 單下選Show Tools Palette 以顯示模版。從模版選擇任一工具后鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相 應(yīng)形狀。當(dāng)從 Windows菜單下選擇Show Help Window, 把選定的任一工具光標(biāo)放在框圖程 序的子程序或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示幫助信息。LabVIEW 的幾種工具圖標(biāo)，從左往右且從上往下，依照順序依次介紹這幾種常用工具 的功能：操作工具：來操作前面版控制和顯示。用它鍵入值時(shí)工具變標(biāo)簽形狀

11、。選擇工具：選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象大小。用改變對(duì)象連框會(huì)變相應(yīng)形狀。標(biāo)簽工具：輸入標(biāo)簽文本或建自由標(biāo)簽。當(dāng)建自由標(biāo)簽時(shí)會(huì)變相應(yīng)形狀。連線工具：在框圖程序上連接對(duì)象。幫助窗口打開會(huì)顯示其數(shù)據(jù)類型。對(duì)象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單。漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。斷點(diǎn)工具：使用該工具在VI的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。探針工具：在框圖程序數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。通過窗口看數(shù)據(jù)流變化。顏色提取工具：使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。顏色工具：用來給對(duì)象定義顏色。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。二.控制模版控制模版可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個(gè)圖標(biāo)代表一

12、個(gè)子模板。如果控制 模版不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它，也可以在前面板的 空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵。但只在前面版時(shí)才能調(diào)用它?？刂颇０鎻淖笸仪覐纳贤?，依次介紹它所包含的幾個(gè)子模板：數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。布爾值子模塊：邏輯數(shù)值的控制和顯示。字符串子模板：字符串和表格的控制和顯示。列表和環(huán)(Ring)子模板：菜單環(huán)和列表欄的控制和顯示。數(shù)組和群子模版：復(fù)合型數(shù)據(jù)類型的控制和顯示。圖形子模版：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢(shì)圖和曲線圖。路徑和參考名(Refnum)子模板：文件路徑和各種標(biāo)識(shí)的控制和顯示。控件容器庫子模版：用于操作。LE、Active

13、X等功能。對(duì)話框子模板：用于輸入對(duì)話框的顯示控制。修飾子模板：用于給前面板進(jìn)行裝飾的各種圖形對(duì)象。用戶自定義的控制和顯示。調(diào)用存儲(chǔ)在文件中的控制和顯示的接口。三.功能模版功能模版是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模塊每一頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板?？梢杂肳indows 菜單下的Show Functions Palette 功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右 鍵。只有打開了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模版。功能模版從左往右且從上往下，依次介紹它所包含的幾個(gè)子模板：結(jié)構(gòu)子模板：包括程序控制結(jié)構(gòu)命令以及全局變量和局部變量。數(shù)值運(yùn)算子模板：包括各種常用數(shù)值運(yùn)算符以及數(shù)值運(yùn)算式、數(shù)值常數(shù)。布爾邏輯子模

14、板：包括各種邏輯運(yùn)算符以及布爾常數(shù)。字符串運(yùn)算子模板：串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串間轉(zhuǎn)換函數(shù)、字符常數(shù)。數(shù)組子模版：包括數(shù)組運(yùn)算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。群子模板：包括群的處理函數(shù)、群常數(shù)等。此群相當(dāng)于6語言中的結(jié)構(gòu)。比較子模板：包括各種比較運(yùn)算函數(shù)，加大于、小于、等于。時(shí)間和對(duì)話框子模版：包括對(duì)話框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。文件輸入/輸出子模板：包括處理文件輸入/輸出的程序和函數(shù)。(10 )儀器控制子模版：GPIB、* jj、VXI控制程序和函數(shù)、VISA功能函數(shù)。(11 )儀器驅(qū)動(dòng)程序庫：用于裝入各種儀器驅(qū)動(dòng)程序。(12)數(shù)據(jù)采集子模版：數(shù)據(jù)采集硬件驅(qū)動(dòng)程序、信號(hào)調(diào)理所需各種功能模

15、塊。(13 )信號(hào)處理子模版：包括信號(hào)發(fā)生、時(shí)域及頻域分析功能模塊。(14)數(shù)學(xué)模型子模塊：統(tǒng)計(jì)、曲線擬臺(tái)等功能模塊，微分、積分等工具模塊。(15 )圖形與聲音子模塊：包括3。、OpenGL、聲音播放等功能模塊。(16 )通訊子模版:包TCP、DDE、ActiveX和。LE等功能的處理模塊。(17 )應(yīng)用程序控制子模塊:包括動(dòng)態(tài)調(diào)用VI、標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行程序的功能函數(shù)。(18)底層接口子模塊：包括調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫和CIN節(jié)點(diǎn)等功能的處理模塊。(19 )文檔生成子模版。(20)示教課程子模版：包括LabVIEW示教程序。(21 )用戶自定義的子VI模版。(22) “選擇VI子程序”子模版：可選擇任一 V

16、I作子程序插入當(dāng)前程序中。第三章數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)3.1基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程可歸納為以下三個(gè)步驟:按照實(shí)際需要確定濾波器的性能要求。用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個(gè)性能要求。此函數(shù)可以分為 兩類：即IIR傳遞函數(shù)和舊傳遞函數(shù)。用一個(gè)有限精度的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)傳遞函數(shù)。FIR濾波器設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定能滿足要求的轉(zhuǎn)移序列成脈沖響應(yīng)的常數(shù)，設(shè)計(jì)方法主要有窗 函數(shù)法、頻率采集法和等波紋最佳逼近發(fā)等。目前，F(xiàn)IR濾波器設(shè)計(jì)有封閉的設(shè)計(jì)公式。 雖然窗函數(shù)法對(duì)窗口函數(shù)可給出計(jì)算公式，但計(jì)算通帶與附帶衰減仍無計(jì)算公式。FIR濾 波器的設(shè)計(jì)只有計(jì)算程序可循，因此對(duì)計(jì)

17、算工具要求較高，不用計(jì)算機(jī)編程一般很難實(shí)現(xiàn)。IIR濾波器的設(shè)計(jì)源于模擬濾波器設(shè)計(jì)，它通過對(duì)低通濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到。常 用的 IIR濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前， IIR濾波器的設(shè)計(jì)可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，對(duì)計(jì)算工具的要求 不高。IIR濾波器的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但脫離不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)模式，主要用于設(shè)計(jì)低通、高 通、帶通及帶阻濾波器。而FIR濾波器的設(shè)計(jì)要靈活的多，尤其是頻率采集設(shè)計(jì)法更易適 應(yīng)各種幅度特性和相位特性的要求。電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號(hào)中將所需頻段的信號(hào)提取出來并將干擾信號(hào)濾除成大大 衰減。利用LabVIEW

18、可以設(shè)計(jì)出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，利用LabVIEW設(shè)計(jì)的IIR數(shù) 字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設(shè)置、波形顯示兩個(gè)區(qū)域。在參數(shù)設(shè)置區(qū)域有六個(gè)設(shè)置 項(xiàng)：濾波器選擇、濾波器類型、下載止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減; 選擇的濾波器不同時(shí)，需要設(shè)置的項(xiàng)也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波器前后的波形， 在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波，采用了圖形語言編程，與采用文本語言編程相比，能縮短40%70%的開發(fā)時(shí)間；與硬件儀器相比，又具有容易調(diào)整濾波器類型、降低成本、濾波 效果直觀等優(yōu)點(diǎn)?；贚abVIEW編寫的程序還可以將其作為子程序在其他虛擬儀器系統(tǒng)中 調(diào)用，

19、大大增強(qiáng)了程序的通用性。3.2數(shù)字濾波器的選擇步驟LabVIEW為設(shè)計(jì)者提供了 FIR WIIR濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指標(biāo)參教即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函教設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI位于LabVIEW流程圖面FunctionAnalyzeSignal ProcessingFilters上。不同濾波器VI時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途各異。在利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)濾波功能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器 時(shí)，可參考不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波的實(shí)際要求來選擇合適的濾波器。各種濾波器的特點(diǎn)及選擇濾波器的步驟見下圖。打隆沖擊聊切比性夫II S波卻是.甚酬巴特T 11 eB

20、 Hl有圈沖由響一切就關(guān):蠣;蚪 c 5I邳戲.圖3.1敬字濾波器選擇步驟利用LabVIEW可以設(shè)計(jì)出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，圖3.2為利用LabVIEW設(shè)計(jì)的IIR 教字濾波器前面板，前面板上有參教設(shè)置、波形顯示兩個(gè)區(qū)域。在參教設(shè)置區(qū)域有六個(gè)設(shè)置項(xiàng)：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰 減；選擇的濾波器不同時(shí)，需要設(shè)置的項(xiàng)也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形,在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。圖3.2數(shù)字濾波器前面板濾波器的輸入信號(hào)是從電力系統(tǒng)中采集的，信號(hào)中含有頻率為50Hz，有效值為220V的基 頻分量，和頻率為100Hz、150Hz、200Hz的

21、二次、三次、四次諧波?，F(xiàn)欲提取出基頻分量， 濾去高次諧波，采用低通濾波方式濾波，濾波階次為8階，紋波為0.1,衰減為60，下截 止頻率為50Hz，分別采用巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫11濾波器、橢圓濾 波器和貝塞爾濾波器濾波，濾波器的輸入信號(hào)與不同濾波器的輸出波形如圖3所示。由圖 3.3可以看出采用不同的濾波器濾波，濾波效果是不同的。在此實(shí)例中，巴特沃思濾波器 和切比雪夫?yàn)V波器的濾波效果相對(duì)較好；而切比雪夫11濾波器的濾波延遲時(shí)間較長(zhǎng)；貝塞 爾濾波器濾波的衰減較大。因此，要根據(jù)不同的工況要求來選擇合適的濾波器濾波。400300-?nn-300-400 300：-200-300-0-

22、LD0!-100：-200-200-30D-300：-4001-400-300-%釧特沃思濾波器濾波后的波形-100-400-300-c）經(jīng)切比雪夫?yàn)V波器濾波后的波形c）經(jīng)切比務(wù)夫?yàn)V波器濾波后的波甘d）經(jīng)切比了夫H濾波器濾波后的波形400-300-200-100-100-Z00-300-圖3濾波器的輸入和輸出信號(hào)0-d）經(jīng)切比宣夫n濾波器濾波后的波形-10O-200-圖3.3濾波器的輸入和輸出信號(hào)第四章利用虛擬儀器測(cè)試典型電路4.1穩(wěn)壓電源一穩(wěn)壓電源的工作原理本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源是串聯(lián)反饋式的穩(wěn)壓電源，它的實(shí)際電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 加圖4-1所示，圖中Vi=12V是整流濾波電路的輸出電壓，Q

23、為調(diào)整管，LM358P運(yùn)是穩(wěn) 壓電源的核心芯片，其組成的電路為比較放大電路，Vref為基準(zhǔn)電壓，它由一個(gè)5.1V的穩(wěn)壓管與一個(gè)5.1K的電阻串聯(lián)所構(gòu)成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路獲得，R1和R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，用來反映輸出的電壓。圖4.1串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電源由基準(zhǔn)電壓、比較放大環(huán)節(jié)、調(diào)整環(huán)節(jié)、取樣環(huán)節(jié)組成。其中調(diào)整環(huán) 節(jié)就是一個(gè)射極輸出器。取樣環(huán)節(jié)是將輸出電壓量取出，加到誤差比較放大器的反相輸入 端，與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓相比較。這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的。與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出 電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)放大電路（A）放大后去控制調(diào)整管Q的c-e極間的電壓 降，

24、從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓Vo的目的。穩(wěn)壓原理可簡(jiǎn)述如下：當(dāng)輸入電壓Vi增加（或負(fù) 載電流Io減?。r(shí)，導(dǎo)致輸出電壓Vo增加，隨之反饋電壓Vf=R2Vo/（ R1+R2）=FvV o也增 加（Fv為反饋系數(shù)）。Vf與基準(zhǔn)電壓Vref相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使Vb 和Ic減小，調(diào)整管Q的c-e極間電壓Vce增大，使Vo下降，從而維lVo基本恒定。同理，當(dāng)輸入電壓Vi減小（或負(fù)載電流Io增加）時(shí)，亦將使輸出電壓基本保持不變。在深度負(fù)反饋條件下，時(shí)，可得上式表明，輸出電壓Vo與基準(zhǔn)電壓Vref近似成正比，與反饋系數(shù)Fv成反比。當(dāng)Vref及Fv已定時(shí)，。也就確定，因此它是設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的基本關(guān)系

25、式。二.穩(wěn)壓電源的虛擬測(cè)控本次課程設(shè)計(jì)，主要的操作平臺(tái)和設(shè)備是NI ELVIS。它是一個(gè)基于LabVIEW 的虛擬儀 器組成，它是一套多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備與一個(gè)用戶自定義的工作臺(tái)，工作臺(tái)上還有一塊原 型實(shí)驗(yàn)面包版。這一整套設(shè)備即可為實(shí)驗(yàn)室提供諸多常用儀器的功能，包括示波器、函數(shù) 發(fā)生器、數(shù)字萬用表、可編程控制的電源以及波特分析器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀與任意波形發(fā) 生器。穩(wěn)壓電源的虛擬測(cè)控操作具體步驟如下：根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)圖，在面包板上搭接電路。將面包版SUPPLY+ 口和地口分別與NI ELVIS前面板的數(shù)字萬用表測(cè)電壓口的正極 和地極相接并打開前面版SUPPY+電源，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，然后打開NI E

26、LVIS軟件，點(diǎn) Digital Multimeter觀測(cè)電壓值，直到值為12V，停止旋轉(zhuǎn)。將芯片的8腳和電路中的輸入電壓源接在面包板的SUPPLY+口，再將芯片4腳和 RL的一端接地。將要測(cè)量的5.1K電阻的一端延伸出一條導(dǎo)線接入數(shù)字萬用表的測(cè)量電壓口的正極， 另一端與數(shù)字萬用表的地端相接。一切接線完畢后，打開前面版電源，同時(shí)打開NI ELVIS軟件，點(diǎn)Digital Multimeter觀測(cè)5.1K電阻兩端的電壓值。其電壓值大約為6.1V左右。圖4.2穩(wěn)壓電源的虛擬測(cè)控電壓值4.2方波發(fā)生器-方波發(fā)生器的工作原理方波發(fā)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波成矩形波的非正弦信號(hào)發(fā)生電路。由于矩形波 包

27、含極豐富的諧波，因此，這種電路又稱為多諧振蕩器?；倦娐返慕M成加圖4.3所示， 它是在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，增加了 一個(gè)由Rf、C組成的積分電路，把輸出電壓經(jīng)Rf、C 反饋到集成運(yùn)的反相端。在運(yùn)的輸出端弓1入限流電阻日和兩個(gè)穩(wěn)壓管而組成的雙向限 幅電路。由圖可知，電路的正反饋系數(shù)F為：F=R2/ （ R1+R2 ）在接通電源的瞬間，圖4.3電路的輸出電壓究偏于正向飽和還是負(fù)向但和，純屬偶然。 設(shè)輸出電壓偏于負(fù)飽和值，即Vo=-Vz時(shí)，則集成運(yùn)同相端的電壓為-FVz,而加欲反相端 的電壓，由于電容器C上的電壓。不能突變，只能由輸出電壓V。通過電阻R按指數(shù)規(guī)律 f向6充電來建立，充電電流為i+。顯然

28、，當(dāng)加到反相端的電壓Vc賂負(fù)于-FVz時(shí)，輸出電 壓便立即從負(fù)飽和值（-Vz ）迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值（+Vz）, +Vz又通過Rf對(duì)C進(jìn)行反向充 電，充電電流Ki-。直到Vc賂正于FVz值時(shí)，輸出狀態(tài)再翻轉(zhuǎn)回來。如此循環(huán)不巳，就形 成一系列的方波輸出。圖4.3雙向限幅的方波產(chǎn)生電路通常將矩形波為高電平的持續(xù)時(shí)間與振蕩周期的此稱為占空比。對(duì)稱方波的占空比為50%。加需產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波，只需適當(dāng)改變電容6的正、反向充電時(shí) 間常數(shù)即可。實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的一個(gè)方案是，將圖4.4所示網(wǎng)絡(luò)接入圖4.4申節(jié)點(diǎn)0、NI間，代 替電阻Rf。NC1圖4.4改變正、反向充電時(shí)間常數(shù)的一種網(wǎng)絡(luò)這樣，當(dāng)Vo為正時(shí)，D1導(dǎo)通而D2截止，反向充電時(shí)間常數(shù)為R,C ；當(dāng)Vo為負(fù)時(shí)，D1 截止而D2導(dǎo)通，正向充電時(shí)間常數(shù)為R/。選取Rfi/ Rf2的比值不同，就改變了占空比。設(shè) 忽略了二極管的正向電阻，此時(shí)的振蕩周期為：|=島+凡g孕二.方波發(fā)生器的虛擬測(cè)控方波發(fā)生器的虛擬測(cè)控操作具體步驟如下：(1 )根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)圖，在面包板上搭接電路。(2)將面包版SUPPLY+ 口和地口分別與NI ELVIS前面板的數(shù)字萬用表測(cè)電壓口的正極 和地極相接并打開前面版SUPPY+電源，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，然后打開NI ELVIS軟件，點(diǎn) Digital Multimeter觀