测试电路脉冲响应的原理

接线图 2024年10月20日 19:25 48 admin

　　采用压扁三角正弦波振荡器的核心并添加一些逻辑和门控来产生脉冲，以便在触发时，它会产生单个周期，这些周期从基线上升到峰值，然后再次回落，遵循余弦曲线。图 1中的示意图显示了基本原理。

测试电路脉冲响应的原理第1张

　　图 1一个简单的振荡器加上一些附加的逻辑，在触发时会产生单脉冲。
　　振荡器的工作原理
　　振荡器的核心与原版几乎完全相同，但重新绘制后看起来有所不同。其基本形式是带施密特的积分器，其中 C1 通过电阻 R2 和 R3 充电，直到其电压达到由 D3 定义的正阈值，这会翻转 A1b 的极性，因此 C1 开始向 D4 的负阈值放电。D1/D2 提供自举以提供线性充电/放电斜坡，同时补偿 D3/D4 的正向电压随温度（和电源电压，尽管我们不必担心）的变化。A2 输出上产生的三角波通过 R7 馈入 D5/D6，将其压缩为合理的（余弦）正弦波（<0.5% THD）。二极管对的正向电压需要匹配以保持对称性，从而最大限度地减少偶次谐波失真。 A4 通过 D5/6 放大信号，使得脉冲刚好跨越供电轨，热敏电阻 Th1 对温度变化提供足够的补偿。
　　如果 A2 的输出直接连接到 R1 的输入，电路就会自由振荡（稍后我们会允许它这样做），但现在我们需要它从最低点开始，完成一个完整的周期，然后停止。
　　在静止状态下，U2a 清晰，A1b 的输出较高，在 D3 上产生正参考电压。（相对于公共半电源内部轨，该电压为正。）该电压由 A2a 反转并通过 U1a 施加到 R1，这样电路周围就会产生负反馈，从而稳定在负参考电压上。（使用 '4053 作为 U1 可能看起来有点浪费，但它的其他部分将在第 2 部分中派上用场。）

　　当 U2a 的 D 输入端收到 (正向) 触发时，其输出端会改变状态。这样，U1a 将 R1 连接到 A1b 的 (仍然为高) 输出端，启动循环；反馈现在为正。经过一个完整循环后，A1b 的输出端再次变为高，触发 U2b 并重置 U2a，从而停止循环并将电路恢复到静止状态。相关波形如图2所示。

测试电路脉冲响应的原理第2张

　　图2图1中电路的一些波形。

　　将升余弦与理想的正态分布脉冲进行比较很有启发性，图 3显示了两者。虽然大多数曲线都相当匹配，但底部三分之一左右有些不足，尽管可以通过增加一些复杂性来改进.

测试电路脉冲响应的原理第3张

　　图 3理想正态分布曲线与升余弦的比较，包括图 1 的输出。
　　如前所述，从原理图可以看出，如果通过抑制触发输入并干扰其预设输入低电平以强制其 Q 为高电平和 Q 为低电平来禁用 U2a 的操作，则该电路可用作简单的振荡器。U1a 现在将 A1b 的输出连接到 R1，电路可自由运行。除了作为一项有用的功能外，这还有助于我们进行设置。
　　调整振荡器
　　需要在振荡器模式下进行一些微调才能获得最佳效果。
　　R3 必须设置为在 R2 的最大和最小设置下提供相等的三波振幅，否则失真将随频率（或脉冲宽度）而变化。将 R2 设置为最大值（最低频率），将 R3 设置为最小值（在原理图的右侧），然后测量 A1 输出的振幅。现在将 R2 设置为最小值并调整 R3 以提供与之前相同的振幅。（感谢Steve Woodward提出这个想法。）
　　R7 定义对压缩二极管 D5/6 的驱动，从而定义失真。最好使用示波器的 FFT：调整 R7 以最小化第三和第五谐波。（第七谐波保持相当恒定。）如果做不到这一点，请设置 R7，使二极管两端的电压恰好是三波值的 2/3。作为最后的手段，30k 固定电阻可能足够接近，就像我构建的一样。
　　使用 R9 设置输出电平。波形应从轨到轨运行，只需从峰值处削去残余点的尖端（主要负责第七谐波）。不要过度，否则第三和第五谐波将开始增加。这取决于至少对 A1b 和 A2b 使用 RRO 运算放大器，并小心地分割轨道以实现对称性。
　　一旦调整为振荡器，它就可以用作脉冲发生器，它依赖于完全相同的设置，以便每个脉冲都是余弦波的单个周期，偏移其幅度的一半。

　　图 1 中的原理图给出了电路的基本结构，将在第 2 部分中详细说明。使用的运算放大器是 Microchip MCP6022，它们是双路、5 V、10 MHz CMOS RRIO 器件，输入偏移小于 500 ?V。电源为 5 V，中央“公共”轨道来自另一个用作轨道分离器的运算放大器：如图4所示，与合适的输出缓冲器一起显示。

测试电路脉冲响应的原理第4张

　　图 4一个简单的轨分离器，用于获得 2.5 V 的“公共”轨，以及具有交流和直流耦合输出的输出电平控制和缓冲器。

　　C1 可以切换以提供多个范围，允许使用从超过 20 kHz（对于 25 ?s 脉冲，在其一半高度处测量）到您想要的最低值。然后还需要切换 R3；参见图 5了解三范围版本。（最低范围可能不需要 HF 微调。）虽然三波性能在 1 MHz 左右时良好，但压缩二极管的电容在此之前就开始引入波形失真，至少对于 1N4148 或类似器件而言。

测试电路脉冲响应的原理第5张

　　图 5对于多量程使用，定时电容器 C1 是可切换的。为了调整每个量程的 HF 响应，R3 也必须变化。
　　改善脉冲形状

　　现在，为了改善脉冲形状，我们增加了额外的复杂性。粗略地说，所需脉冲的上半部分看起来是（余）正弦波，但下半部分则更具指数性，如果我们想要更好的拟合，那部分必须进一步压缩。我们可以通过将 D6 与一对肖特基二极管 D7 和 D8 串联来实现这一点。波形产生的不对称需要抵消，这需要在缓冲级 A2b 中稍微提高增益并进行不同的温度补偿。这些修改如图6所示。

测试电路脉冲响应的原理第6张

　　图 6使用一对肖特基二极管桥接 D6 可以更好地拟合所需曲线，但增益和偏移需要调整。
　　在此模式下，R16 设置偏移，R9A 设置增益。U3 的三个部分将：
　　将肖特基 D7/8 接入电路
　　根据模式选择增益和偏移确定组件

　　短路 R8，将热敏电阻直接置于 R12 上，优化脉冲下半部分的温度补偿

测试电路脉冲响应的原理第7张

　　图 7显示了修改后的脉冲形状。不同的二极管或其组合可以很好地改善拟合效果，但这似乎已经足够接近了。
　　图7由图6得到的改进脉冲形状。
　　要进行设置，请调整 R16 和 R9A（它们相互作用；对此表示抱歉），使波形底部为 0 V，而峰值略低于 5 V。由于每个脉冲的上半部分和下半部分依赖于不同的二极管，因此它们的温度系数会略有不同。0-V 基线现在稳定，但峰值高度会随着温度略有增加。

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