一种三极管非线性放大失真特性研究装置的制作方法

1.本实用新型涉及信号处理与测量，模拟电路设计等电子信息领域，具体涉及一种三极管非线性放大失真特性研究装置。


背景技术：

2.现有技术中，晶体三极管在很多的领域都有应用，主要体现在它本身的放大特性。由于其发射区、基区、集电区的自由电子流动特性，导致了晶体三极管拥有了特殊的放大特性。晶体三极管工作在不同的区域时，对输入信号的放大也会出现不同的效果，而往往这种非线性放大的失真特性在很多工程上都有其特殊的作用。
3.三极管对信号的放大，使信号的幅值能够满足各种情况下的不同需求，但是由于三极管本身工作区的特性，会导致在放大的过程中出现多种失真,并且三极管的放大特性在摄影、汽车工程等方面都有相关的应用，装置为研究三极管非线性放大失真提供了直观准确而又高效的技术方案。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供了一种三极管非线性放大失真特性研究装置。
5.本实用新型的技术方案是：一种三极管非线性放大失真特性研究装置，包括 stm32单片机；还包括有电源模块、ad转换器、矩阵键盘、液晶显示器、cd4053 模拟开关、模拟电路、ltc1068数据采集模块、ad637检测模块及加法器模块；
6.所述的电源模块的输出端连接在stm32单片机的一侧的输入端上；
7.所述矩阵键盘的输出端连接在stm32单片机的另一侧的输入端上；
8.所述stm32单片机的输出端连接在cd4053模拟开关的输入端上，所述 cd4053模拟开关的输出端连接在模拟电路的输入端上，
9.所述模拟电路的输出端分别连接在ltc1068数据采集模块及加法器模块的输入端上，所述ltc1068数据采集模块的输出端连接在ad637检测模块的输入端上；
10.所述ad637检测模块的输出端及加法器模块的输出端分别连接在ad转换器的输入端上，所述ad转换器的输出端连接在stm32单片机的输入端上。
11.进一步的，所述的电源模块采用220v 50hz的交流电源供电，通过电源模块输出
±
5v，并与stm32单片机共地，给各模块供电。
12.进一步的，所述的cd4053模拟开关用以控制各种输出波形。
13.进一步的，所述的ltc1068数据采集模块用以对输出各种失真波形滤出单次谐波；所述的ad637检测模块用以对各次谐波检测有效值。
14.进一步的，所述的液晶显示器用以显示三极管静态工作参数，输出失真波形，波形thd值。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型利用单片机外加模拟电路设计了一款晶体三极管非线性放大失真研究仪器。集成度较高，资源利用率高。lcd的屏幕的设计可以实时
显示输出失真波形，静态工作点，以及实时信号的thd值。本实用新型克服了晶体三极管单一失真的问题，利用模拟开关可以实现连续控制，并采用ltc1068和ad637采集失真信号谐波参数，计算显示信号失真程度thd 值，极大地提高了研究的效率。
附图说明
16.图1是本实用新型的模拟电路图；
17.图2是本实用新型的系统程序流程图；
18.图3是本实用新型的设计外观图；
19.图中01是stm32单片机、02是电源模块、03是ad转换器、04是矩阵键盘、 05是液晶显示器、06是cd4053模拟开关、07是模拟电路、08是ltc1068数据采集模块、09是ad637检测模块，00是加法器模块；
20.1是信号输入端，2是led屏，3是电源插头，4是前级放大电位器，5是顶部失真电位器，6是底部失真电位器，7是正常放大电位器，8是正常放大输出， 9是顶部失真输出，10是底部失真输出，11是双向失真输出，12是交越失真输出，13是自动切换输出，14是电源开关。
具体实施方式
21.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
22.一种三极管非线性放大失真特性研究装置，包括stm32单片机01；还包括有电源模块02、ad转换器03、矩阵键盘04、液晶显示器05、cd4053模拟开关 06、模拟电路07、ltc1068数据采集模块08、ad637检测模块09及加法器模块 00；
23.所述的电源模块02的输出端连接在stm32单片机1的一侧的输入端上；
24.所述矩阵键盘04的输出端连接在stm32单片机1的另一侧的输入端上；
25.所述stm32单片机1的输出端连接在cd4053模拟开关06的输入端上，所述 cd4053模拟开关06的输出端连接在模拟电路07的输入端上，
26.所述模拟电路07的输出端分别连接在ltc1068数据采集模块08及加法器模块00的输入端上，所述ltc1068数据采集模块08的输出端连接在ad637检测模块09的输入端上；
27.所述ad637检测模块09的输出端及加法器模块00的输出端分别连接在ad 转换器03的输入端上，所述ad转换器03的输出端连接在stm32单片机1的输入端上。
28.进一步的，所述的电源模块02采用220v 50hz的交流电源供电，通过电源模块02输出
±
5v，并与stm32单片机1共地，给各模块供电。
29.进一步的，所述的cd4053模拟开关06用以控制各种输出波形。
30.进一步的，所述的ltc1068数据采集模块08用以对输出各种失真波形滤出单次谐波；所述的ad637检测模块09用以对各次谐波检测有效值。
31.进一步的，所述的液晶显示器05用以显示三极管静态工作参数，输出失真波形，波形thd值。
32.本实用新型的功能：
33.(1)、本实用新型使用220v 50hz交流电源供电；
34.(2)、本实用新型使用电位器控制三极管工作的静态点；
35.(3)、本实用新型可以实现测量三极管静态工作点；
36.(4)、本实用新型可以实现输出显示失真波形，计算显示失真信号的thd 值，输出显示失真波形的谐波有效值；
37.(5)、本实用新型使用stm32单片机01作为主控，通过矩阵键盘04控制输出失真波形类型。
38.具体实施：
39.(1)、供电：采用220v 50hz交流电源供电，通过电源模块02输出
±
5v，并与stm32单片机1共地，并给2n2222三极管，cd4053模拟开关06，ltc1068 数据采集模块08，ad637检测模块09，加法器模块00，stm32单片机01供电；
40.(2)、前级放大控制：采用共射放大电路对输入小信号进行前级放大，便于后级放大失真电路实现；
41.(3)、放大失真波形产生：采用电位器调整晶体三极管静态工作点的工作区位置；
42.(4)、放大失真电路控制：采用cd4053模拟开关06作为控制各种输出波形；
43.(5)、thd数据采集：装置采用ltc1068数据采集模块08对输出各种失真波形滤出单次谐波，采用ad637检测模块09对各次谐波检测有效值，存储于单片机中；
44.(6)、结果的显示：采用液晶屏显示器05三极管静态工作参数，输出失真波形，波形thd值。
45.其中，上述主控单元为stm32f103zet6的32位单片机模块。
46.如图1所述，cd4053模拟开关06具有开关的作用，本装置使用其作为自动控制电路各条通路的闭合，由此控制输出的不同放大失真的波形；其中cd4053 模拟开关06的控制采用stm32单片机01控制，最终实现自动切换输出波形，或者键盘控制输出波形的良好人机交互功能；输出波形先采用加法器模块00的电路和等比例放大电路，让信号幅度范围处于单片机能检测的范围之内，显示在液晶显示器05上时，再将其从数值大小上做出放大和减法，保证显示与输出信号保持一致；并且输出波形在显示的时候可以通过键盘来控制时基、幅值范围以及显示波形的上下左右移动，使其完全具有示波器的功能；信号的失真程度采用 thd值来直观显示，计算thd的各次谐波的有效值由ad637检测模块09、ltc1068 数据采集模块08的输出的各次谐波得到，然后将得出的各次谐波的数值发送给单片机计算并显示。
47.本实用新型的电路原理：如图2所述，前级放大电路的集电极由电源提供 5v 的导通电压，通过调整r6(即r
b
)的大小来达到调整静态电流i
c
的大小，从而达到控制前级共射放大三极管所处的放大区域。通过控制开关的闭合以及电位器不同的阻值，实现接入电路中不同的r
b
阻值，进而达到控制稳态电流i
cq
的大小，即三极管放大电路所处的不同放大区域，在调整到合适的放大倍数时，顶部失真电路需要将平衡点的位置下移接近截至区并使一部分波形在放大区，一部分位于截止区。底部失真需要将q点的位置移向靠近饱和区并使一部分的波形在放大区，一部分位于饱和区。而正常输出需要稳定平衡点的位置，并且保证其波形全部处在晶体管的放大区。双向失真主要为，在控制平衡点位置处于放大区中间的同时，并使其放大后信号两端的波形均与饱和区和截止区有重叠的区域。为了得到交越失真的波形，我们采用了功率放大ocl电路。输入信号由前一级正常放大的输出提供，通过使用npn和pnp两种三极管的工作特性，利用了三极管基极与发射极之间的饱和压降，实现了三极管输出交越失真波形。
48.本实用新型工作原理，如图3所示：
49.1、信号输入端接入信号发生器的微弱信号输出端；
50.2、lcd屏显示单片机处理的数据；
51.3、电源插头，接入交流电源220v 50hz，为整个装置供电；
52.4、旋钮，前级放大电位器旋转调节前级放大的倍数；
53.5、旋钮，顶部失真电位器旋转调节输出顶部失真的程度；
54.6、旋钮，底部失真电位器旋转调节输出底部失真的程度；
55.7、旋钮，正常放大电位器旋转调节输出正常输出大小；
56.8、按键，正常放大输出控制，控制是否输出正常波形；
57.9、按键，顶部失真输出控制，控制是否输出顶部失真波形；
58.10、按键，底部失真输出控制，控制是否输出底部失真波形；
59.11、按键，双向失真输出控制，控制是否输出双向失真波形；
60.12、按键，交越失真输出控制，控制是否输出交越失真波形；
61.13、按键，自动循环输出8—12五种波形；
62.14、自锁开关，电源开关，控制电源开启与关闭。