示波器作為工程師不可或缺的重要工具,其最基本的原理是將被測信號波形可視化,使用戶直接獲取信號的幅度與時間特性曲線。伴隨著電路系統(tǒng)不斷復(fù)雜化,電路各項指標(biāo)要求越來越苛刻,用戶對信號波形細節(jié)越來越關(guān)心。這必然要求示波器具有更高的垂直分辨率以及足夠的測量精度。傳統(tǒng)基于8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的示波器本身受到量化噪聲和硬件本底噪聲的影響,即使通過數(shù)據(jù)處理方式提高測量分辨率,使用時也存在很大局限性,很難實現(xiàn)真正意義上的高精度測量。因此,從硬件角度入手,通過提高信號調(diào)理通道的信噪比水平以及提高采集電路輸出數(shù)據(jù)有效位數(shù)是高精度示波器技術(shù)研究的關(guān)鍵所在。本課題主要從提高信號調(diào)理通道信噪比和提高采集電路有效位數(shù)兩方面著手設(shè)計了高精度示波器模塊的硬件電路,底噪僅有0.1%滿量程的高精度示波器具有出色的精確測量性能。本課題的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分:1)高精度示波器模塊信號調(diào)理通道及采集電路噪聲分析:分別建立了電阻熱噪聲模型和集成運放的等效輸入噪聲模型,并在此基礎(chǔ)上建立了運算放大電路等效輸入噪聲模型;推導(dǎo)了基本運算放大電路的噪聲計算方法;研究了采集電路與信號調(diào)理電路噪聲分配關(guān)系,并根據(jù)系統(tǒng)總體噪聲指標(biāo)要求,對采集... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

噪聲示意圖

益放大器屬于數(shù)字控制器件，具有較好的線性性及抗干擾能力，增益非常穩(wěn)定，控制方式簡單，使用方便。但是數(shù)控增益放大器的增益調(diào)節(jié)步進較大，無法實現(xiàn)小范圍增益調(diào)節(jié)。由 2.5.2 節(jié)分析知本課題需求的可變增益放大器增益范圍為 0~28dB，帶寬要求為 90MHz，響應(yīng)平坦度為-1dB（50Ω 輸入阻抗）和-2dB（1MΩ 輸入阻抗），電路輸出噪聲有效值小于 300uV。根據(jù)上述指標(biāo)要求，經(jīng)過綜合對比，本課題最終選用 VCA824 作為可控增益放大電路。對于可控增益放大器的選擇以及外圍電路的設(shè)計主要包括了以下幾方面：（1）帶寬為確保多級放大器級聯(lián)后的示波器信號調(diào)理通道仍然具有較好的幅頻響應(yīng)平坦度，在選擇運放時希望運放帶寬越寬越好，電路帶寬范圍內(nèi)的信號衰減越小越好。VCA824 是一款最大增益可配置的壓控放大器，通過器件外圍的增益電阻 RG和反饋電阻 RF可以將 VCA824 最大增益配置為 40dB。但是由于放大器增益與帶寬不可同時滿足，為發(fā)揮放大器最佳性能，通常需要在滿足增益的情況下盡量提高其帶寬指標(biāo)。圖3-7是VCA824最大增益分別為2dB和40dB時的頻率響應(yīng)曲線。

圖 3-16ADA4817 輸出阻抗特性曲線17 輸出阻抗特性曲線，在小于 1MHz 的低頻段接近零。但是隨著輸入信號頻率提高，其輸出狀態(tài)下，其輸出阻抗大約為 1.3Ω。綜上分析，頻率變化的阻抗幾乎不影響電路性能。第二章信號調(diào)理電路方案設(shè)計及指標(biāo)分配、噪動電路、固定增益放大電路、可變增益放大電路路。最后結(jié)合第二章運算放大電路噪聲計算方噪聲水平。根據(jù)級聯(lián)噪聲放大器噪聲計算方法2.87mV。

【參考文獻】：
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本文編號：3107002