3 理论分析与计算
3.1 带通滤波器中心频率选择
从频谱分辨率的角度看.中频带通滤波器的通带宽度越小越好,但因其输入为扫频信号,为了保证输出具有一定强度,窄带宽就要求低扫频速率,而低扫频速率在大范围扫频时就需较长的扫频时间,从而影响仪器的数据输出率。按照要求分率为1 kHz。所以选定窄带滤波器的带宽为500 Hz,中心频率约100 kHz,但考虑到采用MAX274设计滤波器的难度,将中心频率调至70 kHz。
3.2 波形识别与中心频率判断
等幅波形频率比较单一,其频谱也较简单,只有一条频谱线。如果调制信号为单音余弦波f(t)=cos(ωt),则AM调幅波的表达式为:
式中:ma为调制指数;VCM为载波振幅。
单音调频信号的频谱相对复杂,可设调制信号频率为fΩ;调制频偏为△f,则信号带宽近似为2△f;谱线间间隔为调制信号频率fΩ,而各个谱线的高度则由贝塞尔函数得到。△f反映调频波所占带宽,△f越大,占用的带宽也越大,但每根谱线的间隔是不变的。
由图2可知,fΩ影响每根谱线之间的间隔,fΩ越小,频谱线的间隔也越小,频谱看起来越紧密;fΩ越大,频谱线间隔越大,频谱看起来则越稀松。但频谱占用带宽是不变的。
根据不同波形的频谱特征进行识别,在得到一个最大幅值和对应的频率后,再在剩下的点中找出第2个最大值A2和对应频率f2,然后判断(f1+f2)/2对应点的幅值,若较大,则为调频波,(f1+f2)/2即为它的中心频率;若很小,则是调幅波或等幅波,f1则为中心频率。由于调幅波带宽为20kHz,只需判断(f1-20)或(f1+20)的点值,若很小,为等幅波,否则是调幅波。
3.3 正弦电压有效值计算
AD637的内部结构包括有源整流器(即绝对值威廉希尔官方网站
)、平方/除法器、滤波放大器、独立缓冲放大器和偏置威廉希尔官方网站
。其中,缓冲放大器既可用作输入缓冲,也可构成有源滤波器滤波,提高测量准确度。根据AD637数据资料所给出的真有效值的经验计算公式:
Vrms="Vin2/Vrms" (2)
式中:Vin为输入电压;Vrms为输出电压有效值。
测量其峰值系数高达10的信号时,采用AD637,其附加误差仅为l%,外围元件少,频带宽。有效值为200 mV的信号,一3 dB带宽为600 kHz:有效值为l V的信号,一3 dB带宽为8 MHz。同时,AD637可用dB表示输入信号电平,计算多种波形的有效值、平均值、均方值和绝对值。
3 理论分析与计算
3.1 带通滤波器中心频率选择
从频谱分辨率的角度看.中频带通滤波器的通带宽度越小越好,但因其输入为扫频信号,为了保证输出具有一定强度,窄带宽就要求低扫频速率,而低扫频速率在大范围扫频时就需较长的扫频时间,从而影响仪器的数据输出率。按照要求分率为1 kHz。所以选定窄带滤波器的带宽为500 Hz,中心频率约100 kHz,但考虑到采用MAX274设计滤波器的难度,将中心频率调至70 kHz。
3.2 波形识别与中心频率判断
等幅波形频率比较单一,其频谱也较简单,只有一条频谱线。如果调制信号为单音余弦波f(t)=cos(ωt),则AM调幅波的表达式为:
式中:ma为调制指数;VCM为载波振幅。
单音调频信号的频谱相对复杂,可设调制信号频率为fΩ;调制频偏为△f,则信号带宽近似为2△f;谱线间间隔为调制信号频率fΩ,而各个谱线的高度则由贝塞尔函数得到。△f反映调频波所占带宽,△f越大,占用的带宽也越大,但每根谱线的间隔是不变的。
由图2可知,fΩ影响每根谱线之间的间隔,fΩ越小,频谱线的间隔也越小,频谱看起来越紧密;fΩ越大,频谱线间隔越大,频谱看起来则越稀松。但频谱占用带宽是不变的。
根据不同波形的频谱特征进行识别,在得到一个最大幅值和对应的频率后,再在剩下的点中找出第2个最大值A2和对应频率f2,然后判断(f1+f2)/2对应点的幅值,若较大,则为调频波,(f1+f2)/2即为它的中心频率;若很小,则是调幅波或等幅波,f1则为中心频率。由于调幅波带宽为20kHz,只需判断(f1-20)或(f1+20)的点值,若很小,为等幅波,否则是调幅波。
3.3 正弦电压有效值计算
AD637的内部结构包括有源整流器(即绝对值威廉希尔官方网站
)、平方/除法器、滤波放大器、独立缓冲放大器和偏置威廉希尔官方网站
。其中,缓冲放大器既可用作输入缓冲,也可构成有源滤波器滤波,提高测量准确度。根据AD637数据资料所给出的真有效值的经验计算公式:
Vrms="Vin2/Vrms" (2)
式中:Vin为输入电压;Vrms为输出电压有效值。
测量其峰值系数高达10的信号时,采用AD637,其附加误差仅为l%,外围元件少,频带宽。有效值为200 mV的信号,一3 dB带宽为600 kHz:有效值为l V的信号,一3 dB带宽为8 MHz。同时,AD637可用dB表示输入信号电平,计算多种波形的有效值、平均值、均方值和绝对值。
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