CN215641569U - 一种放大器非线性失真测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种放大器非线性失真测量装置，包括依次连接通信的信号放大模块、信号采集模块、FPGA信号处理模块和信号显示模块，还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块为信号放大模块供电，第二电源模块为FPGA信号处理模块。该装置测量误差小，精度高，各个模块之间的通信关系简单，可以清楚知晓信号的变化情况，基于晶体管的放大电路可以将小信号放大，然后输入到采集模块或者使信号产生四种失真波形数据，扩大了信号接收的范围，能够同步采集8通道16位数据，采集速率可以达到200kSPS，保证了采集信号的分辨率和采集速率，采集到数据经FPGA信号处理模块处理后，将数据传输至信号显示模块进行显示。
Description
技术领域
本实用新型涉及放大器信号测量技术领域，具体是一种放大器非线性失真测量装置，用于测量各种非线性失真信号。
背景技术
随着技术不断更新换代，越来越智能化的技术进入每个人的生活中，但在数字化的世界中最基础的技术还是如何把模拟信号变为数字信号并对信号进行分析的过程。在电路中经常会使信号发生非线性失真，从而影响后续的使用，例如，在晶体管放大器电路中，由于印刷电路板过程不规范会出现各种失真。
在其他场合中非线性失真也是令人头疼的问题，为了检测电路中是否发生非线性失真，工程师们往往要花费巨大的精力和资金，因此如何快速检测电路中的非线性失真逐渐成为一项专门的研究方向。
随着微型处理器性能的不断更新，可编程逻辑器件的优势进一步扩大在智能化应用方面得到了不小成绩。在数据采集方面，采集技术已经达到了一个新的高度，无论是采集的速率还是采集的分辨率都有明显的提升。此外，可编程逻辑器件处理数据的能力也呈数量级提升，快速的并行处理数据能力也是可编程逻辑器件发展迅速的原因之一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种放大器非线性失真测量装置，该装置可以采集各种失真信号，也可以采用晶体管放大电路使输入信号发生四种不同类型的非线性失真再通过采集装置进行采集失真信号。为了便于观察采用了主控芯片与PC实现实时传输数据进而可以在PC机中观察到采集到的波形。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种放大器非线性失真测量装置，包括依次连接通信的信号放大模块、信号采集模块、FPGA信号处理模块和信号显示模块，还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块为信号放大模块供电，第二电源模块为FPGA信号处理模块。
所述的信号放大模块，是基于晶体管的放大电路，以双极性晶体管为核心，使用NPN双极性晶体管9013实现多级放大，使经过信号放大模块产生四种不同类型的失真信号。
所述的信号采集模块是基于AD7606芯片的采集模块，对信号放大模块产生的失真信号进行同步采集8通道16位数据，并将采集到信号转变为数字信号。
所述的FPGA信号处理模块，是基于EP4CE6F1717N可编程逻辑器件的控制模块，对信号采集模块采集到的数字信号进行处理后，将处理后的数据传输至信号显示模块进行显示。
所述的第一电源模块，采用220V电压经过变压器进行降压，再通过整流桥整流以及电容滤波进入到稳压器中得到稳定的9V直流稳定电压电源；
所述的第二电源模块，为5V电压的电源，可以通过PC机的USB接口提供的5V电源。
本实用新型提供的一种放大器非线性失真测量装置，该装置测量误差小，精度高，各个模块之间的通信关系简单，可以清楚知晓信号的变化情况，基于晶体管的放大电路可以将小信号放大，然后输入到采集模块或者使信号产生四种失真波形数据，扩大了信号接收的范围，能够同步采集8通道16位数据，采集速率可以达到200kSPS，保证了采集信号的分辨率和采集速率，采集到数据经FPGA信号处理模块处理后，将数据传输至信号显示模块进行显示。
附图说明
图1为一种放大器非线性失真测量装置的结构框图；
图2为第一电源模块的电路原理图；
图3为信号放大模块的电路原理图；
图4为信号采集模块的电路原理图；
图5为FPGA信号处理模块的数据处理流程图；
图6为实施例中FFT算法程序设计流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型内容做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。
实施例：
如图1所示，一种放大器非线性失真测量装置，包括依次连接通信的信号放大模块、信号采集模块、FPGA信号处理模块和信号显示模块，还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块为信号放大模块供电，第二电源模块为FPGA信号处理模块，其中显示模块可以采用PC机。
所述的第一电源模块，采用220V电压经过变压器进行降压，再通过整流桥整流以及电容滤波进入到稳压器中得到稳定的9V直流稳定电压电源，如图2所示；
所述的第二电源模块，为5V电压的电源，可以通过PC机的USB接口提供的5V电源。
所述的信号放大模块，是基于晶体管的放大电路，以双极性晶体管为核心，使用NPN双极性晶体管9013实现多级放大，使经过信号放大模块产生四种不同类型的失真信号；其中，前级放大电路使用阻容耦合共发射级放大器，根据电压放大倍数公式（1）计算：
计算得到A u=40。
由于共射放大器一般不能直接和下一级放大器直接相连,需要一级中间级进行阻抗匹配，使用共集电极放大器作为中间缓冲级可以最大程度获得前级信号并且不会对信号进行放大。
失真波形电路是利用分压式偏置电路改变晶体管的静态工作点达到使波形失真的要求，选用不同的端口导通可以产生不一样的失真波形。如图3所示，当开关S2导通，S3断开，S4断开时，输出无失真波形；当开关S2断开，S3断开，S4断开时，输出双向失真波形；当开关S2断开，S3导通，S4断开时，输出顶部失真波形；当开关S2断开，S3断开，S4导通时，输出底部失真波形；当开关S1导通，S2断开，S3断开，S4断开时输出交越失真波形。
所述的信号采集模块是基于AD7606芯片的采集模块，对信号放大模块产生的失真信号进行同步采集8通道16位数据，并将采集到信号转变为数字信号，如图4所示，在芯片外部设置相应引脚电平使其工作时采用内部基准电压、并行工作模式以及采集电压范围为±10V。
所述的FPGA信号处理模块，是基于EP4CE6F1717N可编程逻辑器件的控制模块，对信号采集模块采集到的数字信号进行处理后，将处理后的数据传输至信号显示模块进行显示，其中对于数据处理，本领域技术人员根据功能需求，编写对应的程序植入该模块中，实现对信号的处理。
FPGA信号处理模块中植入的控制采集程序，采用Verilog语言的编程环境，如图5所示，该程序是根据AD7606工作时序编写，AD7606工作需要完成两个时序，一是转换时序即将采集数据转换为二进制反码，二是读取时序即将采集到的数据读取到存储模块中。选用有限状态机的编写代码方式可以把两个时序一起完成，控制芯片转换信号发生电平变化开始转换输入信号直至转换结束，然后读取芯片忙信号是否变为低电平，如果是则开始读取数据传输到FPGA中存储起来，读取结束后继续轮转工作。有限状态机的编程方式可以大大便利代码的运行。
使用该装置时，信号输入到晶体管放大电路中，经过放大和失真波形产生再使用采集模块对信号进行采集变为数字信号，FPGA信号处理模块对数据进行快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT算法），获得信号各次谐波分量并做取模等数据处理得到总谐波失真系数和失真度。
如图6所示，FFT算法程序设计采用Verilog语言的编程环境，主要将采集的数据进行快速傅里叶变换然后，对变换后的数据进行取模运算，从而得到各个通道输入数据的各次谐波幅值，根据总谐波失真系数和失真度的公式以及相应的程序得到输入信号的总谐波失真系数和失真度。
所得到的幅值用于计算信号的总谐波失真系数THD和失真度D，其中总谐波失真系数计算公式为：
失真度计算公式为：
最后结果分别与失真度测量仪比较，本实用新型测量装置的测量误差非常小，精度很高完全可以应用于各种场合。
Claims (5)
1.一种放大器非线性失真测量装置，其特征在于，包括依次连接通信的信号放大模块、信号采集模块、FPGA信号处理模块和信号显示模块，还包括电源模块，电源模块包括第一电源模块和第二电源模块，第一电源模块为信号放大模块供电，第二电源模块为FPGA信号处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种放大器非线性失真测量装置，其特征在于，所述的信号放大模块，是基于晶体管的放大电路，以双极性晶体管为核心，使用NPN双极性晶体管9013实现多级放大，使经过信号放大模块产生四种不同类型的失真信号。
3.根据权利要求1所述的一种放大器非线性失真测量装置，其特征在于，所述的信号采集模块是基于AD7606芯片的采集模块，对信号放大模块产生的失真信号进行同步采集8通道16位数据，并将采集到信号转变为数字信号。
4.根据权利要求1所述的一种放大器非线性失真测量装置，其特征在于，所述的FPGA信号处理模块，是基于EP4CE6F1717N可编程逻辑器件的控制模块，对信号采集模块采集到的数字信号进行处理后，将处理后的数据传输至信号显示模块进行显示。
5.根据权利要求1所述的一种放大器非线性失真测量装置，其特征在于，所述的第一电源模块，采用220V电压经过变压器进行降压，再通过整流桥整流以及电容滤波进入到稳压器中得到稳定的9V直流稳定电压电源；所述的第二电源模块，为5V电压的电源。
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