在实际电路中,由于电源存在耦合干抗,零电位产生漂移,加之二极管并非理想状态,导通时存在一定压降,该绝对值电路效果往往不够理想。特别是当输入信号频率较高时,在过零点处会产生明显的失真,从而给信号的后续处理带来极大的不便。
图2是当信号频率为4 kHz时的输出波形图,由图可知,在过零点处,幅值误差为△U=40 mV,假设精细分电路对信号进行256细分,信号幅值为0.5 V。由于光栅尺移动一个栅距位移为0.02mm,则所允许的误差δ应小于0.02 mmx1/4x1/256=0.019 5 μm,而当△U=40 mV时,误差δ=0.02mmx1/4x1/256x(256x0.04V/0.5V)=0.000 4 μm,明显超出了测量误差所允许的范围。[page]
1.2 电路设计二
图3为改进后的绝对值电路,该电路在电源端分别接一个0.1μF的电容去耦;在运放的同相输入端采用图中电路结构,不仅可以通过调节电位器使零电位趋于稳定,抑制零点漂移,还能对波形的衔接处进行调整;当信号频率增大时,运放芯片会使信号产生一定的延迟,即相位发生偏移,而图中电容C1与电阻构成的电路会引起反相延迟,从而能对信号相位进行校正。
当输入信号频率为8 kHz时,输出波形图如图4所示。
当信号频率增大到一定值时,电路二的输出同样会出现失真。例如,当输入信号频率为10kHz时,其输出波形如图5所示。由波形图可知,信号在过零点处的误差达到了约80 mV,显然不合要求。
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1.3 电路设计三
与之前电路相比,该电路在电源去耦,滤波处理,以及各元器件型号和参数的选择上都有较大的改进。另外,为减小差动放大器上来的信号源电阻,在二极管D1、D2的输出上附加470 Ω的分流电阻。在高频信号输入以及高速化的工作条件下,该电路能对信号进行较好地处理,使输出信号的幅值衰减很小,且过零点处信号基本无偏差。
当输出信号频率为25 kHz时,该电路的输出波形图如下:
2 结论
由于光栅尺移动时输出信号的频率大约在5~25 kHz之间,且后续电路要求信号基本稳定,无振荡,因此该绝对值电路应满足以下条件:1)能够在较高频率下正常工作;2)适用于高速化的场合;3)精度较高,信号基本无失真。要保证测量误差在允许范围之内,信号在经过绝对值电路后必须高度保真。通过上述电路分析和比较,综合各种因素可知,第三种绝对值电路应是最佳的选择。
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