电赛混沌小论-二(信号幅度调制)
上次简单综述了下这次混沌题的基本原理和一些基础要求,因为最后各个指标的分数是基本公开的,所以要拿到比较高的奖项,就必须在剩下的指标做到突破,这次就讲下那个单涡旋和双涡旋信号的幅度指标 - - - 80%的电源电压。但实际上这两个指标是占4分,一个两分(有点离谱!!)。不过这次省赛整体标准、评奖也难以描述,额 。
(一)做题思路
首先就要讲下电源电压所指,我们是用单电源12V转双电源正负12V,我们觉得应该是要看运放的输入电压也就是24V的80%。
但是实际评奖好像达到12V的80%就有给分,有点离谱。
但是我们还是按照最严格的标准来要求。
这边的话,选择电源模块(基本没必要现做 - - 误差太大、而且没分)
就是要注意首先是电源纹波,这真的是会影响特别大,如果你想看看有多离谱,自己拿一个电源模块,直接戳到示波器上,你会看到非常完美的正弦波嘿嘿 。就比如你要做信号波形识别的话,那么精彩的就来了。基本上无论你输入什么波形,都会识别成正弦波,然后恭喜你就失去这部分的分数。特别在小信号的场景下,这几十 mV 的电源纹波给你惊喜,简直是绰绰有余。
所以你就需要有电源降噪的能力,我们采用的是百级差别的逐级降噪 。就是在电源模块的输出角和地直接并联(100nF、1nF、10pF)这在这次的混沌相图确实比较有用,可以使得相图稳定许多。电源降噪的方法有挺多的,可以看看网上的老法师的方案 。实际中就是可以通过修改电容容值的方案,逐渐调整出最佳效果。
滤波的话,可以试试上面这个电容。
提到电容吧,在我们大量查看相关论文时,发现其实我们平常常用的瓷片电容,对这个电路稳定性好像并不怎么友好,应该是用金属薄膜电容比较好。
这边也聊下优缺点
金属化薄膜电容即是在聚酯薄膜的表面蒸镀一层金属膜代替金属箔做为电极,因为金属化膜层的厚度远小于金属箔的厚度,因此卷绕后体积也比金属箔式电 容体积小很多。金属化膜电容的最大优点是“自愈”特性。所谓自愈特性就是假如薄膜介质由于在某点存在缺陷以及在过电压作用下出现击穿短路,而击穿点的金属化层可在电弧作用下瞬间熔化蒸发而形成一个很小的无金属区,使电容的两个极片重新相互绝缘而仍能继续工作,因此极大提高了电容器工作的可靠性。
或者就是在选择电源模块的时候就是需要多点投入,挑个内部电路帮你调整比较好的。然后就是电源的负载吧,就是最大限流,我们这次还好是使用场景的负载电流比较小,否则我们被迫选择的 50 mA 就有点危。
最后就是辉发现的我们在莫宝最后加急买的双电源模块,在开启时候会有个类似于过冲现象的电压跳变,仔细想想你的产品在上电时候会有个大电压,着实是不友好。
回归正题
1 要想使得输出信号的幅度受到控制,其实很容易可以想到从源头、中间电路输出端动动思路。源头的话就是可以提高输入电压,比如5V转正负12V。但显然这样的方案有点投机取巧了,实际上想要考查的也并不是这个(个人觉得),但是用这个方案的也有一部分的团队得到分数(所以就离谱)
2 采取改变中间电路的话就是可以通过前级的等效电感来调整,这个可以这样通俗理解,输出信号的幅度相当于是能量,而电感感值就是影响这振荡信号能量的因素之一。但是这样想想要想达到80%就比较难,因为你要保证它起振,所以相当于你要调整的是所有器件的值来匹配,再加上电路的常存误差基本很难起振,但是这也是一种思路。
通过后续的了解,我们发现前级的有源电感会使得输出电压与电源电压存在一定的比例。
具体可以看看这篇论文
模拟电感与集成化混沌信号发生器实现研究 - - 高金峰 徐慧芳
通过上述的这个公式,可以得知如果我调整电阻的配比,就可以使得输出信号的幅度达到指标。听起来很简单,但你得懂得调整整个蔡氏电路的器件值,才可以保证起振。而如果你懂得如何计算整个蔡氏电路的器件值,那其实40M你就有了解决方案了嘿嘿(这个我在以后也会提到)。
3 最后一个思路也是我们这次所采取的思路,我们利用两个AD620(有点忘记了)但是这个信号放大模块运放的选型还是很重要的。这边的话建议还是利用同相比例放大电路来设计,因为它的输入阻抗大,不易干扰前级的混沌电路。其实设计起来还是不难的,就是可以在lochmaster上稍微画下,也可以直接上手(有点危,看水平。)
讲到这个,就又要讲到给摆的事情,因为我们在焊洞洞板的时候是焊接器件反面的所以,这就要需要考虑翻转方向的问题,最好是点击应该是转180°。这样的话,虽然画的时候比较阴间,但是你在焊接的时候还是很爽的,因为可以直接 “照抄照搬” 。
(二)方案实践
完美焊接完成后,就可以进入更加危的调试阶段,因为调试阶段是整个大电路的调试,无论哪里出现问题都会影响整体工作状态,这会影响你对放大器模块的判断。这也是模块化发挥作用的地方,你可以先测试好每个模块再最后联调。
开始联调,你会发现双涡旋通过调整放大器模块的反馈电阻,只要你设计+模块没有问题达到80%是轻而易举的。但是单涡旋肯定出现问题。因为只要涉及放大,就要考虑偏置的问题,也就是会有信号失真的现象出现。下面放张图就比较清晰
所以要想要解决这个问题,就想到如果我给它加一个偏置电路使得运放正常工作不就了,所以我们就从电源那边引出了偏置电路通过电位器的调整然后接入反相输入端,但这又出现了一个问题,我单涡旋没有问题了,但是我加了偏置之后我的双涡旋不就挂了,所以我们就想到可以加一个开关选择通路就顺利解决了这个幅度调制的指标。当然这是从理论分析,实际操作还是需要手法的嘿嘿。
当时做出来的时候忘记拍了,放个相图意思意思吧
想想还是得晒下我们当时制备的高配宿舍实验室!!!高频实验室的示波器用的是真的爽
其实信号幅度的调制就是需要我们有几个方案,然后逐个讨论抉择最佳的方案,最重要还是场景适配,没有最好的,只有最合适的
技术水平粗糙,请大家指正。谢谢浏览