使用视频放大器进行测量

1.扫频仪的组成

扫频仪是在示波器X-Y基础上，增加了扫描信号源、检波探头等部件。其内部由扫描信号源、宽带放大器、锯齿波发生器、频标信号源、X及Y轴放大、显示设备、面板键盘及电源等组成。常用的国产扫频仪有BT-3、BT-3C、BT-300等型号。图9-9所示为扫频仪频标电路构成图。

图9-9　扫频仪频标电路构成图

扫频仪的工作原理是将扫频信号加在被测电路上，检波探头对被测电路进行检测，将检测后的信号送示波器的Y通道，此信号的幅度变化反映了所测电路的幅频特性。

BT-3扫频仪的主要技术指标如下。

（1）中心频率：在1～300 MHz连续可调。

（2）有效扫频宽度：±0.5～±7.5 MHz。

（3）寄生调幅系数：大于等于±7.5%。

（4）扫频线性度：在频偏±7.5 MHz时，应大于20%。

（5）输出扫描信号电压：大于0.1 V（应接75Ω匹配负载，输出衰减置于0 dB）。

（6）输出电压调节方式：步进衰减（粗）：0/10/20/30/40/50/60 dB。步进衰减（细）：0/2/3/4/6/8/10 dB。

（7）检波探测器的输入电容：大于等于5 pF（最大允许直流电压为300 V）。

2.扫频仪测量

1）测量前准备

（1）检查仪器内外频标：将频标选择开关分别扳向1 MHz、10 MHz、50 MHz时，此时扫频线上应分别呈现1 MHz、10 MHz、50 MHz频标信号，并可均匀调节频标幅度。

（2）频偏的检查：调节扫频宽度旋钮，荧光屏上呈现的频标数应符合要求。

（3）输出扫描信号频率的范围检查。

（4）检查扫频信号输出电压的寄生调幅系数。

2）用扫频仪测量放大电路的特性

如图9-10所示，将扫频仪的输出端接入待测放大电路输入端，用检波探头检测放大电路的输出，利用输出电平衰减器以及显示屏上波形的幅度调节旋钮，测试放大电路幅频特性曲线，并可粗略计算出放大电路的增益。

图9-10　扫频仪测试电路连接图

1.工作任务与分析

1）工作任务

通过小体积高电压驱动电源模块的安装，加深理解开关电源电路的理论教学内容，提高元器件焊装和调试能力，并了解产品生产的工艺过程，参与编制工艺文件。

2）原理分析

半导体测距机用小体积高电压驱动电源模块，可对光电发射管、光电接收管同时供电，并能够调节发射驱动脉冲宽度及光电发射管工作电流。其中，脉宽控制器MC34063A主要参数：电源工作电压范围5～40 V，开关输出电流为1.5 A，驱动管集电极电压为40VDC，电源耗散功率（TA＝25℃）约1 W；振荡器电压VOSC为0.5VP-P，最高工作温度（Tj）为125℃；限流检测端典型电压值为300 mV，比较器阈值电压为1.25 V。单稳态触发器74LS221构成施密特触发器，抗干扰性较强。场效应管IRF840为N沟道MOSFET功率场效应管，主要参数：输出功率125 W，漏极电流8 A，漏源击穿电压达500 V，它是一种电压控制型高速开关MOS管器件。

2.安装制作与检测

（1）按图9-11所示原理图连接电子元器件。

图9-11　测距机高压驱动模块电路原理图

（2）按图9-12、图9-13所示印制电路板进行装配，电子元器件清单如表9-1所示。

图9-12　电路板元件面印制图

图9-13　电路板焊接面印制图

表9-1　电子元器件清单

（3）安装和检测。

装配焊接完成后，按原理图、印制板装配图及工艺要求检查整机安装情况，着重检查电源线、变压器连线及印制板上相邻导线或焊点有无短路及缺陷，一切正常时，用万用表欧姆挡测得整流桥输出点对地电阻大于500欧，即可通电检测。

①调试前准备，打开使用的直流稳压电源（输出电压可调，电流容量大于2 A）。

②调试N1稳压块电路，用万用表测量输出电压，直至输出5 V正常为止。(www.xing528.com)

③调试N3芯片组成的单元电路，用万用表测量输出电压，直至输出15 V正常为止。

④调试N2芯片组成的电压变换电路，用带衰减探头的示波器测量输出高压，调节电位器R8，使输出150～350 V可调并正常为止。

⑤调试U1芯片组成的单稳态触发器电路，用示波器测量D1芯片输出脉冲宽度，调节电位器R11，使输出脉冲宽度可调并正常为止。

⑥调试N4芯片组成的驱动电路，用示波器测量场效应管VT3驱动电压脉冲，用大功率二极管模拟代替半导体激光管负载，调节谐振电容C17、C18及电阻R20、R21，使半导体激光管输出脉冲宽度可变，以达到系统指标需求并正常为止。

⑦电路通电测试，验证电路功能。

1.半导体测距机工作原理：利用激光发射脉冲，通过接收目标激光回波信号，并经处理后得到待测距离。激光测距的基本公式为：S＝。

2.从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率，测距公式：＝PtKtAtTα/As。

3.测距仪光接收系统能接收到的激光功率Pr，Pr＝Pe·Ωr·Kr。Ωr——目标对光接收系统入瞳的张角所对应的立体角；Kr——接收光学系统透过率；Ar——入瞳面积。

4.以光电探测器所能探得的最小光功率Pmin代替探测功率Pr，则可得最大探测距离Rmax为：＝（Pt·Kt·Kr·Ar·At·e-2α·）。

5.微控制芯片MC34063是一款体积小、功能强大的集成脉冲控制芯片。内部集成了电流限制电路、带温度补偿的基准电压源电路以及脉冲驱动控制逻辑电路等。

6.半导体测距机用视频放大器含有前置放大器和主放大器。一般采用雪崩二极管或光电接收管。放大器的设计通常要考虑带宽、放大倍数和输入阻抗这三个重要参数。

7.为了保证放大电路的整体带宽达到最好的信噪比，进而抑制噪声，主放大器的带宽应不小于前置跨阻放大器的带宽。

8.前置放大器信噪比直接关系到系统测量精度和稳定度，因此其带宽要设置合理。

一、填空题

1.半导体激光测距基本公式中距离S与_________、_________参数有关。

2.半导体测距机用视频放大器一般采用_________、_________接收管。

3.从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率P′t与_________、_________、_________等参数有关。

4.最大探测距离Rmax与_________、_________、_________、_________、_________、_________等参数有关。

5.半导体测距机放大器设计通常要考虑_________、_________、_________等参数。

6.半导体测距机用视频放大器含有_________和_________等电路。

二、选择题

1.半导体激光测距距离与光速的关系为（　）。

A.成正比　B.成反比　C.不成比例　D.其他

2.半导体激光测距距离与测量回波脉冲的时间t关系为（　）。

A.成正比　B.成反比　C.不成比例　D.其他

3.半导体测距机放大器设计通常要考虑（　）。

A.带宽、放大倍数和输入阻抗　B.带宽、放大倍数和输出阻抗

C.放大倍数和电路阻抗　D.都不考虑

4.主放大器的带宽与前置跨阻放大器的带宽关系为（　）。

A.不大于　B.不小于　C.相同　D.小于

三、计算题

1.已知测距频率fT＝150 MHz，光速为3×108 m/s时，测距仪最小脉冲正量δ为多少？

2.以光电探测器所能探得的最小光功率Pmin代替探测功率Pr，由公式计算最大探测距离Rmax：

本题中，标称功率Pt为120 W，系数Kt＝0.2，Kr＝0.4，Ar＝1.2，α＝0.31，ρ＝0.75，Pmin＝100 W，As＝0.00218 m2。

四、问答题

1.从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率与哪些主要参数有关？

2.请叙述最大探测距离Rmax与哪些主要参数有关？

3.APD（雪崩光电二极管）有哪些性能特点？

4.半导体测距机放大器设计通常要考虑哪些主要参数？

5.请叙述N次测距平均法提高激光测距精度的工作原理。