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u赢电竞官网时间: 2023-12-13 13:34:43 | 作者: u赢电竞官网
在果树的仿形喷雾过程中,喷药量的多少及喷雾距离是由运算处理设备(如计算机等)将数字控制信号进行D/A转换并控制喷嘴实现的。由于D/A转换后的信号无法直接驱动喷嘴等执行机构,必须对此信号进行功率放大。控制电压的频率在音频的范围内(20Hz~20kHz),能够使用常用的音频功率放大器。为了准确的进行仿形喷雾,有必要对所选用的音频放大器的输入/输出关系、饱和电压、信噪比、失真度等参数进行测试。
进行比较完整的音频测试分析需要购置各种价格昂贵的专用仪器,如低失真音频信号源、频谱分析仪、示波器、失真度测量仪等,而且需要整合成整套的音频检测系统,这对于一般的实验室而言存在比较大的困难。此外,传统仪器不具备频率响应特性分析等图形界面的分析功能,数据的存储和打印功能比较弱 。
随着现代电子技术、微处理器以及个人计算机的持续不断的发展,虚拟仪器的兴起给功率放大器性能的研究分析提供了新的途径。本文在研究音频分析基础原理和主要内容的基础上,提出了将虚拟仪器技术引入功率放大器测试与分析系统的设计开发的思想。
在以计算机为中心的检测系统中,模拟信号x(t)进入数字计算机前先经过数据采集卡(DAQ)中的采样器将连续时间信号变为离散时间信号,成为采样信号x(n)而后再经A/D转换器在幅值上量化变为离散的数字信号。
若连续时间信号x(t)被数据采集卡中的采样器以等时间间隔T采样,则采样时刻0,T,2T…所取得信号 x(t)的瞬时值,构成了连续信号 x(t)的离散时间序x(n)。
周期信号可通过周期函数 x(t)表示 任何一个周期为T 的周期函数 x(t)如果在[-T /2,T /2]上满足Dirichlet条件则可以展开为如下傅利叶级数,如式(1),
其中,a0为直流分量, an为余弦分量的幅值,bn为正弦分量的幅值,An为各频率分量的幅值,φn为各频率分量的相位,ω为角频率。
正弦信号是最简单的周期信号,其最大的特点是只有单一频率的频谱分量。在音频分析中,正弦信号又称为单音信号。将特定的单音信号输入待测得音频设备,通过检测设备的输出信号就能了解在该频率的失线kHz之间的若干个单音信号依次输入音频放大器,分别测量各输出信号的情况,能做出相对应的谐波失真曲线、基本信息参数的测量
本次测试的项目包括:(1)不同频率下放大器的放大系数A及饱和电压Vd。测试的方法为在频率一定的情况下,逐渐增大输入正弦信号的峰-峰值,记录相对应的输出信号峰-峰值并观察波形,一直增大输入电压直至输出信号波形出现失真,记录此时的输入、输出峰-峰值并计算放大系数。
(2)放大器的通频带。测试的方法为在输入信号幅值一定的情况下,改变其频率,观察输出信号的幅值,在其下降至半功率点时,记录上、下限频率fhigh和flow,则放大器的通频带为:F=fhigh-flow。
(3)谐波失真分析。由于输入信号为正弦波,则式(1)中an=0;输入的正弦波其直流分量设定为0,即a0=0。且正弦波在理想状态下只包含基频分量,则输入信号和输出信号的表达式分别如式(2),
其中,Vs表示输出的信号电压幅值,Vn表示输出的噪声电压幅值。由于在输出的信号中,分离出有用信号和噪声信号不易实现,所以在现实的测量中,用输出的总电压值代替有用信号电压值。
如图1所示,本测试采用美国国家仪器公司生产的多功能数据采集卡PCI-6024E,该数据采集卡的功能包括:16路模拟输入通道,采样率为100kSa/s,精度为12位;2路模拟输出通道,每通道更新率为100kSa/s,精度为12位;8个数字I/O口;2个24位定时/计数器。
软件设计采用NI公司的图形化编程语言LabVIEW7.0。设计中,将系统分为5个模块:信号发生模块,信号采集模块,计算模块,分析与显示模块,数据存储模块。
3.2.1 信号发生模块信号发生模块的作用是产生频率、相位、幅值、直流偏置及信号类型均可调的信号。产生的波形由PCI-6024E的模拟通道输出,作为音频放大器的输入信号。其前面板如图2所示。
(1)定义通道:由于共需采集两路信号,所以使用了数据采集卡中的模拟输入通道0和通道1;
(2)采集参数设定:需要设定的参数包括缓存区的大小以及采样率。为简化设计并最大限度地利用数据采集卡的功能,采样率的设定为100kSa/s。缓存区的作用是在高频信号测量时,计算机并不将所有的信号都进行计算、显示等一系列的操作,而是将一部份信号放入缓存区内,用以满足计算的需要但不用来显示,这样做才能够提高计算机处理的效率。
(4)读入信号:将采样后的离散信号存入计算机内存中,可以对该波形进行显示、计算等操作。
该模块的功能是将测试项目的结果以及数据采集卡所采集到的波形、经过傅立叶变换后的频谱图直观地在计算机屏幕上进行显示。其前面板如图4和图5所示。
保持正弦波1kHz和10kHz的输入频率不变,改变输入幅值,测量输入与输出,得到的数据如表1所示:
根据表1中的数据,绘制输入输出关系曲线中曲线进行回归分析,得到放大器输入/输出关系式为:Vo=5.716Vi+84.333 (mV)
对图7中曲线进行回归分析,得到放大器输入/输出关系式为:Vo=5.7497Vi+83.331 (mV)
由以上两式能得出放大器在线性工作区的放大系数A约为5.7×2=11.4;两式中均体现输出信号中包含了84mV左右的直流偏移。
保持输入信号频率为1kHz,改变输入信号的幅值,测量的失线能够准确的看出,该音频信号放大器的失线mv以上时,基本上保持在1%以内,满足对失线mV时失真度比较大的原因是输入信号的幅度比较小,噪声的影响比较大。
保持输入信号频率为1kHz,改变输入信号的幅值,测量的信噪比数据如表3所示:
由表3能够准确的看出,待测放大器的信噪比在输入信号频率为1kHz时为63dB左右,由于该放大器为手工焊制,对于信号间相互干扰的屏蔽措施不足是造成信噪比低的一个主要原因。
当输出电平在某个低频点下降了3dB,则该点为下限频率,同样在某个高频点处下降了3dB,则定为上限频率。由于PCI-6024E的采样率最大值为100kSa/s,没办法实现上限频率的测量。在此使用了英国PICO公司生产的虚拟示波器,其采样频率最大值为5MHz,能轻松实现音频放大器上限频率的测量。分别在200 mv、400mv、800mv、1200mv输入幅值一定的情况下,测试放大器的3dB带宽数据如表4所示:
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(2)音频放大器的上限频率在本次测量中受数据采集卡的采样频率限制,使用了其他仪器完成测量。新式的数据采集卡其采样频率可完全胜任音频放大器上限频率测量的要求,且价格更加低廉。
编辑:什么鱼 引用地址:基于LabVIEW开发平台的功率放大器测试与分析系统的设计
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