是否可以使用 8002B 完成电磁信号放大检波？

Posted 2023-03-04 卓晴

 

01 电磁放大检波

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一、前言

  上午测试了这款单声道音频功率放大器 8002B， 它具有轨到轨电压输出，在5V工作电源下， 可以在8欧姆扬声器上输出3W音频功率。  如果在外边连接一个工字型的电感， 适配上6.8 纳法谐振电容，  则可以连接到8002B的电压中点以及高阻正输入端，  然后再利用倍压检波获得 20kHz 电磁导航信号的幅度。 下面通过实验测试一下这个方案的可行性。

▲ 图1.1.1 对电磁信号进行放大检波

二、幅频特性

1、测量方案

  通过外部反馈电阻网络 R1, R2， 设置电路增益为10倍。 使用DG1062数控信号源产生峰峰值为 0.5V 的正弦波信号， 频率范围从1kHz 增加到 1MHz。  使用数字万用表 DM3068 交流档测试芯片输出交流电压。 绘制出放大电路输出电压随着信号频率变化曲线。

▲ 图1.2.1 测试电路

2、测量程序

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2023-02-12
#
# Note:
#============================================================

from headm import *
from tsmodule.tsvisa        import *

dm3068open()

printf(dm3068vac())

#------------------------------------------------------------
dg1062open(114)
dg1062freq(1, 5000)


vdim = []
fdim = logspace(3, 6, 100, endpoint=True)

for f in fdim:
    dg1062freq(1, f)
    time.sleep(1)

    v = dm3068vac()
    vdim.append(v)

    printff(f, v)
    tspsave('freq', fdim=fdim, vdim=vdim)


plt.semilogx(fdim, vdim)

plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Voltage(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()s
plt.show()

#------------------------------------------------------------
printf('\\a')

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

3、测量结果

  这是第一次测量， 频率范围从1kHz 变化到 100kHz， 放大信号的幅值随着频率变化的情况。 可以看到输出信号的幅值变化范围非常小。

▲ 图1.1.2 频率范围1kHz至100kHz输出信号幅值
  这里绘制了输入信号频率与输出信号幅值之间的测量曲线， 横坐标为信号频率， 纵坐标为输出信号幅值。 在输出信号幅值降低 3dB 时，  对应的频率为该放大电路的频带宽度， 运放频带宽度超过 400kHz左右。 由此可以知道利用 8002B 放大 20kHz 的导航电磁信号频带范围是足够的。

▲ 图1.1.3 测试幅频特性（频率范围1k-1MHz)

三、电磁感应

  为了测试利用8002B是否可以实现电磁信号放大， 首先设计一个测试电路板。 这是感应电磁信号的电感和谐振电容，  它们一端接到工作电源中间电位。 另外一端输入到8002B正向输入端， 这个端口 应该是高阻输入。 整个电路形成同相放大器， 放大倍数是由R1,R2的比值决定。 接口第一管脚需要外部接地。 放大后的信号通过第四，第五管脚输出。这两个输出信号相位相反， 幅值相同。 下面设置可以使用一分钟制版方法的单面实验电路板。

▲ 图1.3.1 测试电路原理图
  在一分钟制版得到的测试电路板上，焊接8002B以及外围阻容器件。 在电路板上搭建测试环境。 通过 DG1062 数字信号源产生20kHz 的正弦波， 峰峰值 为 0.2V， 施加在发送10mH的电感上， 旁边的感应电感获得信号之后， 放大20倍之后输出， 通过电路板两个输出管脚测量输出信号。 这是8002B 放大后的信号。

▲ 图1.3.2 8002B对检测到的20kHz 信号放大后输出信号

  通过改变信号源输出信号频率， 测量放大后输出交流信号的幅值。 可以看到该选频电路谐振频率的中心值比 20kHz 略微高一些。 通过这个曲线也可以大体测量到选频回路的带宽为 1.38kHz， 对应谐振回路的品质因数为 14.5。

  根据电路元器件的参数，可以分别计算出相应的谐振频率和谐振回路的Q值， 理论计算值一是实际测量值之间还是存在一定的差距。

▲ 图1.3.3 改变信号的频率测量放大电路的选频特性

  下面是测试中电感的参数：

电感的参数：

电感：9.88mH
电阻：43.31Ω

  电容为C= 6.8nF， 可以计算出谐振频率为： $$f_0=\frac{1}{2\pi \sqrt{L\cdot C}}=\frac{1}{2\pi \sqrt{6.8n\times 9.88mH}}=19.4kHz$$

  谐振回路的Q值： $$Q=\frac{2\pi f_{0}L}{R_0}=\frac{2\pi \times 19.4kHz\times 9.88mH}{43.31}=27.83$$

四、倍压整流

  在8002B输出增加倍压检波电路， 将输出交流信号整流成直流电压信号。 为了提坑检波输出电压幅值， 将D1的负极连接到VO2， 这种做法也会在输出信号中增加了一个直流分量。

▲ 图1.4.1 增加倍压检波电路

▲ 图1.4.2 无零偏检波方案
  这里显示了8002B的输出电压信号以及倍压检波后的直流信号。 为了使得检波输出零偏电压为零， 增加一个1微法耦合电容和一个510欧姆的电阻， 这样就可以使得输入信号为0 的情况下检波输出电压为0。

  这里给出了信号电感输入电压逐步增加是， 检波输出的直流电压。 可以看到由于所使用到的肖特基二极管的导通电压的影响， 在信号比较弱的时候，输出直流信号有一定的死区。 为此也可以通过在R4上增加一个偏置直流电压来消除。

▲ 图1.4.3 电磁电感电压与检波输出

▲ 图1.4.4 检波输出与产生电磁信号的电压

▲ 图1.4.5 检波输出与励磁电压之间的关系

▲ 图1.4.6 使用肖特基检波输出结果

 

※ 总  结 ※

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  本文对于 8002B 用于电磁信号检波放大进行了测试， 验证了改方案的合理性。

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● 相关图表链接:

• 图1.1.1 对电磁信号进行放大检波
• 图1.2.1 测试电路
• 图1.1.2 频率范围1kHz至100kHz输出信号幅值
• 图1.1.3 测试幅频特性（频率范围1k-1MHz)
• 图1.3.1 测试电路原理图
• 图1.3.2 8002B对检测到的20kHz 信号放大后输出信号
• 图1.3.3 改变信号的频率测量放大电路的选频特性
• 图1.4.1 增加倍压检波电路
• 图1.4.2 无零偏检波方案
• 图1.4.3 电磁电感电压与检波输出
• 图1.4.4 检波输出与产生电磁信号的电压
• 图1.4.5 检波输出与励磁电压之间的关系
• 图1.4.6 使用肖特基检波输出结果