中心频率为150kHz的选频放大检波电路补充测试

Posted 卓晴

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了中心频率为150kHz的选频放大检波电路补充测试相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

摘 要: 在昨天的博文基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路 对于基于超声波变压器的中周实现150kHz高频信号选频放大检波。但是实验中存在以下几个问题:

* 电路的选频特性并没有达到原来中周本身对应的Q值对应的关系;
* 在检波过程中出现过很大噪声,即在NPN三极管的集电极的电压波形比较凌乱;

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01 验背景


1.前期工作

  在昨天的博文基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路 对于基于超声波变压器的中周实现150kHz高频信号选频放大检波。但是实验中存在以下几个问题:

  • 电路的选频特性并没有达到原来中周本身对应的Q值对应的关系;
  • 在检波过程中出现过很大噪声,即在NPN三极管的集电极的电压波形比较凌乱;

  考虑一种情况,就是所使用的 DG1062可编程信号源 在输出低电平信号(它输出的最小信号的幅度为1mV,rms),有可能是这个信号源本身存在的问题,因此测量的信号出现抖动。

▲ 单管LC选频放大电路

▲ 单管LC选频放大电路

2.解决方案

  利用 射频信号衰减器 对于来自于DG1062的正弦信号进行衰减,这样可以使用DG1062的输出信号比较大,从而可以使得输出信号的稳定性、信噪比更大。

▲ 按键可调衰减器

▲ 按键可调衰减器

  下面对照经过衰减器和不进过衰减器对应的放大信号的差别。可以看到经过衰减器之后,信号就不再发生抖动。

▲ DG1062输出1Vrms,衰减50dB放大后的信号

▲ DG1062输出1Vrms,衰减50dB放大后的信号

▲ DG1062输出5mVrms,直接使用同轴电缆连接到面包板对应的放大帮的信号

▲ DG1062输出5mVrms,直接使用同轴电缆连接到面包板对应的放大的信号

  后来经过测试,实际上,将衰减器衰减率减少了0dB,也会回使得波形稳定。在经过一定的对于连接线进行加固,可以看到,接口的良好与否会影响到输出信号是否抖动。

  下面的实验则是在使用了衰减器的情况下测试放大器的性能。

 

02 试放大器特性


1.扫频测试

  为了测试放大器的选频特性,设定DG1062输出信号的频率从 100kHz~200kHz 进行扫频测试。DG1062输出信号幅值:1Vrms,经过不同的衰减进行放大检波。测量不同频率下对应的倍压检波输出直流电压的变化。

▲ 放大检波电路

▲ 放大检波电路

(1)衰减52dB

▲ 扫频范围从100kHz到200kHz测量输出信号

▲ 扫频范围从100kHz到200kHz测量输出信号

▲ 扫频范围从0kHz到250kHz测量输出信号

▲ 扫频范围从0kHz到250kHz测量输出信号

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

(2)衰减42dB

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

▲ 不同频率下的倍压检波输出电压

(3)衰减40dB,输出0.1Vrms

▲ 不同频率对应的整流输出

▲ 不同频率对应的整流输出

(4)密集采集

  下面扫频数据采集数据量为200各采集数据点。那么留下的一个令人感到奇怪的事情,这些采集曲线为什么波动这么大呢?

▲ 不同频率对应的整流输出

▲ 不同频率对应的整流输出

▲ 不同频率对应的整流输出

▲ 不同频率对应的整流输出

▲ 不同频率下的检波输出

▲ 不同频率下的检波输出

2.不同晶体管的扫描数据

(1)NPN-9018

▲ 9018频率扫描数据

▲ 9018频率扫描数据

(2)NPN-8050

  DG1062输出1Vrms,衰减51dB。

▲ NPN:8050扫频曲线

▲ NPN:8050扫频曲线

(3)NPN-1815

▲ NPN 1815扫频特性

▲ NPN 1815扫频特性

3.密集采集数据

  通过前面采集到的数据可以看出,所使用的9018做了最开始的实验,所出现的选频电路Q值远远低于期望值,结果来看是由于这批 来自于TB的9018晶体管 的质量问题。虽然很便宜(1.76/20只),但表现在对于高频信号放大方面出现了很不理想的情况。

  所以下面猜测,在【2-1-4】中所测量的密集采集,出现的那些变动的扫描曲线也是由于9018质量不稳定所造成的呢。下面对于C1815组成的放大电路重新进行密集采集。

  下面的曲线是每一个扫描频率停留1秒之后,读取DM3068的数值绘制的200个采集数据曲线。显然数据稳定多了。

▲ 密集采集扫描后的幅频特性

▲ 密集采集扫描后的幅频特性

  下面是每个扫描频率点停留2秒钟,采集建波输出的信号。
▲ 不同频率对应的建波输出

▲ 不同频率对应的建波输出

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST6.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2021-04-27
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *
dg1062open()
dm3068open()
dg1062volt(1, 10e-3)
fdim = linspace(125, 175, 200)
vdim = []
for f in fdim:
    dg1062freq(2, f*1e3)
    time.sleep(2)
    volt = dm3068vdc()
    printff(f, volt)
    vdim.append(volt)
    tspsave('fvolt8050', fdim=fdim, vdim=vdim)
plt.plot(fdim, vdim)
plt.xlabel("Frequency(kHz)")
plt.ylabel("Output(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST6.PY
#============================================================

 

验结论 ※


  新通过实验,探讨了在 基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路 所遇到的实验问题,可以得到如下结论:

1.信号线连接不好造成信号抖动

  在将信号从信号发生器(DG1062)连接到实验面包板上,所使用的同轴电缆的各个接口需要仔细的检查,确保连接良好,否则就会产生信号抖动的线性。

2.不同型号晶体管影响放大性能

  通过对比可以看到,前面所使用的9018是造成信号放大倍数减低,对应的等效集电极电阻很小,使得选频电路的Q值大大减低了。这一点在基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路中,

  下面再重新使用DG8SAQ测量前面基于C1815构成的选频放大电路,测量对应的输入,输出阻抗:

输入阻抗:
Z = 95.457 Ω − i ⋅ 34.9 Ω Z = 95.457\\Omega - i \\cdot 34.9\\Omega Z=95.457Ωi34.9Ω
∣ Z ∣ = 101.63 Ω \\left| Z \\right| = 101.63\\Omega Z=101.63Ω
C s = 30.429 n F ,     Q = 0.366 C_s = 30.429nF,\\,\\,\\,Q = 0.366 Cs=30.429nF,Q=0.366

▲ 输入组口

▲ 输入组口

输出阻抗:
Z = 55.938 Ω − i ⋅ 46.819 Ω Z = 55.938\\Omega - i \\cdot 46.819\\Omega Z=55.938Ωi46.819Ω
∣ Z ∣ = 72.89 Ω \\left| Z \\right| = 72.89\\Omega Z=72.89Ω
C s = 22.68 n F ,     Q = 0.838 C_s = 22.68nF,\\,\\,\\,Q = 0.838 Cs=22.68nF,Q=0.838

▲ 输出特性阻抗

▲ 输出特性阻抗

 


  ■ 相关文献链接:

以上是关于中心频率为150kHz的选频放大检波电路补充测试的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

全距离测量150kHz导航信号放大检波能力

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