中心频率为150kHz的选频放大检波电路补充测试

Posted 2021-05-19 卓晴

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；

关键字： 智能车竞赛，150kHz导航信号，高频信号放大，检波

 

01 实验背景

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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}

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}

  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 测试放大器特性

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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}

（1）衰减52dB

^{▲ 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}

^{▲ 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}

（3）衰减40dB，输出0.1Vrms

^{▲ 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}

（2）NPN-8050

  DG1062输出1Vrms，衰减51dB。

^{▲ NPN:8050扫频曲线}

（3）NPN-1815

^{▲ 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}

  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}

#!/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
#============================================================

 

※ 实验结论 ※

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  重新通过实验，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:

$Z=95.457\Omega -i\cdot 34.9\Omega$
$\left|Z\right|=101.63\Omega$
$C_s=30.429nF,Q=0.366$

^{▲ 输入组口}

输出阻抗:

$Z=55.938\Omega -i\cdot 46.819\Omega$
$\left|Z\right|=72.89\Omega$
$C_s=22.68nF,Q=0.838$

^{▲ 输出特性阻抗}

 

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  ■ 相关文献链接:

• 基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路
• DG1062可编程信号源
• 射频信号衰减器
• 来自于TB的9018晶体管
• DG8SAQ 矢量网络分析