CN213990610U - 一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，装置包括信号产生模块，T型网络衰减模块，射极跟随器模块，可调增益模块，晶体管放大模块，继电器组，FPGA控制模块。FPGA控制模块控制信号产生模块和继电器组，继电器组控制晶体管放大模块，信号产生模块连接T型网络衰减模块，T型网络衰减模块连接射极跟随器模块，射极跟随器模块连接可调增益模块，可调增益模块连接晶体管放大模块。如果FPGA控制模块有按键输入，则根据输入通过FPGA控制模块控制继电器组，进而控制晶体管放大模块，输出相应的信号。本实用新型可以根据需要即时切换输出失真波形，放大器增益可调，无需额外的信号源输入。

Description

一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置

技术领域：

本实用新型涉及晶体管电路领域，尤其涉及一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置。

背景技术：

针对晶体管电路研究领域，通常需要改变晶体管的静态工作点，负反馈，限幅二极管等对电路进行改进，减少失真的强度。而放大器件工作在非线性区产生的非线性失真大致有：顶部失真，底部失真，双向失真，交越失真。目前研究三极管失真非线性失真的方法大多为手动调试电路，且研究不同的非线性失真需要重新设计并搭建电路，使得研究学习过程较为复杂缓慢。因此有必要设计一种能根据需要切换输出的非线性失真种类。

实用新型内容：

本实用新型提供一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，装置带有FPGA控制模块，可通过FPGA上的按键控制三极管处于的工作状态，进而改变输出波形。

为实现上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于，包括：信号产生模块、T型网络衰减模块，射极跟随器模块，可调增益模块，晶体管放大模块，继电器组、FPGA控制模块；

所述FPGA控制模块与所述继电器组通过有线方式连接，所述FPGA控制模块与所述信号产生模块通过有线方式连接，所述信号产生模块与所述T型网络衰减模块通过有线方式连接；所述T型网络衰减模块与所述射极跟随器通过有线方式连接，所述射极跟随器与所述晶体管放大模块通过有线方式连接；所述继电器组与所述晶体管放大模块通过有线方式连接。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，信号产生模块包括：TI公司的DAC904U芯片，外围电路以及运算放大器OPA690；DAC904U芯片输出差分电流信号，经过电阻R3、电阻R4转换成电压信号，并经过运算放大器OPA690将双端输出转换成单端输出；DAC904U芯片为14-bit的数模芯片，用于实现将FPGA输出的数字信号转换成模拟信号；DAC芯片的14位数据传输引脚与第一可编程门阵列的14个GPIO口相连，用于产生正弦模拟信号。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，信号产生模块连接T型网络衰减模块，T型衰减倍数为-100dB，通过T型网络衰减将正弦模拟信号衰减成用于放大的正弦小信号。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，射极跟随器采用OPA228运算放大器。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，可调增益模块通过调整滑动变阻器改变三极管的静态工作点，进而改变三极管放大电路的增益，包括三极管Q1，以及滑动变阻器。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，可调增益模块，前置放大模块，调节Q点模块和推挽输出模块可通过控制继电器组实现晶体管放大模块输出放大波形，顶部失真，底部失真，双向失真，交越失真波形中的任意一种。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，晶体管放大模块包括：前置放大模块、调节Q点模块、推挽输出模块；

所述前置放大模块包括：一个NPN型三极管，三个电容C1、C2、C3，以及五个电阻R1、R2、R3、R4、R5，其中R1连接输入与C1，C1与三极管基极连接，电阻R2连接电源与三极管基极，电阻R3连接电源与集电极，C2与R5串联再与R4并联一起连接三极管发射极与地端，C3连接三极管集电极与输出；

所述调节Q点模块包括：一个NPN型三极管，两个电容C4，C6，以及五个电阻R7，R8，R9，R10，R12，其中三极管基极与输入连接，集电极与电阻R7，R8连接，电容C4与R10串联再与R9并联一起连接三极管发射极与地端；C6与R12连接调节Q点模块输出；

所述推挽输出模块包括：一个NPN型三极管Q3，一个PNP型三极管Q4，一个电容C5和四个电阻R13，R14，R15，R11；其中Q3的发射极与Q4的发射极相连后与输出端相连，R11连接输出端和地端，Q3，Q4的基极相连后与C5串联后再与输入端相连，R13连接电容，Q3，Q4的基极和地端，R14连接Q3的基极和集电极，R15连接Q4的集电极和基极。

在上述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，继电器组包括：继电器和三极管；P-N-P型三极管发射极与继电器控制端相连，三极管基极通过1KΩ电阻与控制电压相连；控制电压通过提供数字控制信号，选择继电器通路。

因此，本实用新型具有如下优点：本实用新型可以根据需要即时切换输出失真波形，放大器增益可调，无需额外的信号源输入。

附图说明：

图1是系统总框图。

图2a是DAC数模转换电路。

图2b是DAC数字电压提供电路。

图3是T型网络衰减模块图。

图4是射极跟随器模块图。

图5是可调增益模块图。

图6a是前置放大器模块图。

图6b是调节Q点模块图。

图6c是推免输出模块图。

图7是继电器组模块图。

具体实施方式：

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述，应当理解，此处所描述的实施实例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型系统框图参见图1。本实用新型具体实施方式的技术方案为一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，包括：信号产生模块、T型网络衰减模块，射极跟随器模块，可调增益模块，晶体管放大模块，继电器组、FPGA控制模块。

所述FPGA控制模块与所述继电器组通过有线方式连接，所述FPGA控制模块与所述信号产生模块通过有线方式连接，所述信号产生模块与所述T型网络衰减模块通过有线方式连接；所述T型网络衰减模块与所述射极跟随器通过有线方式连接，所述射极跟随器与所述晶体管放大模块通过有线方式连接；所述继电器组与所述晶体管放大模块通过有线方式连接。

所述信号产生模块用于接收FPGA控制模块输出的频率为1khz，幅度为2v的正弦信号，将其变成模拟信号给下一级T型网络衰减模块，数模转换器电路核心为14位的DA芯片DAC904U，这是一款高速DA芯片，转换速率可达165MSPS，符合要求，性能优良。

所述T型网络衰减模块其原理是将输入信号进行分压，如图3所示，通过电阻并联后分压，避免使用大电阻分压对衰减网络的性能产生影响。

所述射极跟随器采用OPA228运算放大器设计，如图4所示。

所诉可调增益模块通过调整滑动变阻器改变三极管的静态工作点，进而改变三极管放大电路的增益，如图5所示。

所述晶体管放大模块包括前置放大模块、调节Q点模块和推挽输出模块。如图6a至图6c所示，其中，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3为NPN型三极管，三极管Q4为PNP型三极管。原理是可以用该模块产生4种正弦波失真，包括饱和失真、截止失真、交越失真和双向失真。其中，前置放大模块为一工作在正常静态工作点的共射极三极管放大器，将输入晶体管放大模块的信号进行放大。前置放大模块的输入接入三极管Q1的基极，输出从三极管Q1的集电极引出，发射极接入电阻电容后接地，+10V电源通过电阻接入基极与集电极。采用调节Q点模块为一Q点可调的共射极晶体管放大器，可产生截止失真、饱和失真和双向失真。调节Q点模块的输入接入三极管Q2的基极，输出从三极管Q2的集电极引出，发射极接入电阻电容后接地，+10V电源通过电阻接入基极与集电极，其中集电极电阻、基极电阻和发射极电阻可通过继电器控制。推挽输出模块包括三极管Q3与三极管Q4，二者相互对称，输入从三极管Q3与三极管Q4的基极引入，输出从发射极引出，三极管Q3和三极管Q4的发射极与基极相连，三极管Q4的集电极接入-10V电源，三极管Q3的集电极接入+10V电源，用于产生交越失真。前置放大模块与调节Q点模块串联，推挽输出模块的输入通过继电器选择为空或是接入调节Q点模块输出。调节Q点模块输出与推挽输出模块的输出通过继电器选择一路输出。

所述继电器模块其原理是通过电压控制继电器内部的弹簧片的远动来控制哪路输出。采用6脚继电器HK4100F-DC3V-SHC，如图7所示，其中1脚和6脚在内部相连，2脚接入+5V电源，5脚通过一个PNP三极管Q5的发射极，三极管的基极接入控制信号，三极管的集电极接地。当控制信号为数字高电平时，会在5脚上产生一个反向的电平，此时输入与3脚串联，当控制信号为数字低电平时，会在5脚上产生一个高电平，此时输入与4脚串联。

尽管本说明书较多地使用了信号产生模块、T型网络衰减模块，射极跟随器模块，可调增益模块，晶体管放大模块，继电器组、FPGA控制模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于，包括：信号产生模块、T型网络衰减模块，射极跟随器模块，可调增益模块，晶体管放大模块，继电器组、FPGA控制模块；

所述FPGA控制模块与所述继电器组通过有线方式连接，所述FPGA控制模块与所述信号产生模块通过有线方式连接，所述信号产生模块与所述T型网络衰减模块通过有线方式连接；所述T型网络衰减模块与所述射极跟随器通过有线方式连接，所述射极跟随器与所述晶体管放大模块通过有线方式连接；所述继电器组与所述晶体管放大模块通过有线方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：信号产生模块包括：TI公司的DAC904U芯片，外围电路以及运算放大器OPA690；DAC904U芯片输出差分电流信号，经过电阻R3、电阻R4转换成电压信号，并经过运算放大器OPA690将双端输出转换成单端输出；DAC904U芯片为14-bit的数模芯片，用于实现将FPGA输出的数字信号转换成模拟信号；DAC芯片的14位数据传输引脚与第一可编程门阵列的14个GPIO口相连，用于产生正弦模拟信号。

3.根据权利要求2所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：信号产生模块连接T型网络衰减模块，T型衰减倍数为-100dB，通过T型网络衰减将正弦模拟信号衰减成用于放大的正弦小信号。

4.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：射极跟随器采用OPA228运算放大器。

5.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：可调增益模块通过调整滑动变阻器改变三极管的静态工作点，进而改变三极管放大电路的增益，包括三极管Q1，以及滑动变阻器。

6.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：可调增益模块，前置放大模块，调节Q点模块和推挽输出模块可通过控制继电器组实现晶体管放大模块输出放大波形，顶部失真，底部失真，双向失真，交越失真波形中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：晶体管放大模块包括：前置放大模块、调节Q点模块、推挽输出模块；

所述前置放大模块包括：一个NPN型三极管，三个电容C1、C2、C3，以及五个电阻R1、R2、R3、R4、R5，其中R1连接输入与C1，C1与三极管基极连接，电阻R2连接电源与三极管基极，电阻R3连接电源与集电极，C2与R5串联再与R4并联一起连接三极管发射极与地端，C3连接三极管集电极与输出；

所述调节Q点模块包括：一个NPN型三极管，两个电容C4，C6，以及五个电阻R7，R8，R9，R10，R12，其中三极管基极与输入连接，集电极与电阻R7，R8连接，电容C4与R10串联再与R9并联一起连接三极管发射极与地端；C6与R12连接调节Q点模块输出；

所述推挽输出模块包括：一个NPN型三极管Q3，一个PNP型三极管Q4，一个电容C5和四个电阻R13，R14，R15，R11；其中Q3的发射极与Q4的发射极相连后与输出端相连，R11连接输出端和地端，Q3，Q4的基极相连后与C5串联后再与输入端相连，R13连接电容，Q3，Q4的基极和地端，R14连接Q3的基极和集电极，R15连接Q4的集电极和基极。

8.根据权利要求1所述的一种增益可调的晶体管非线性失真产生装置，其特征在于：继电器组包括：继电器和三极管；P-N-P型三极管发射极与继电器控制端相连，三极管基极通过1KΩ电阻与控制电压相连；控制电压通过提供数字控制信号，选择继电器通路。

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