簡(jiǎn)明

【摘要】 利用LRC濾波器對(duì)信號(hào)選頻，采用音頻功率放大器LM386組成信號(hào)放大級(jí)，調(diào)節(jié)外圍元件的參數(shù)得到合適的增益。信號(hào)通過倍壓整流得到需要的信號(hào)。

【關(guān)鍵詞】 LM386放大器 增益調(diào)節(jié) 倍壓整流

一、引言

測(cè)量有一定變化規(guī)律的磁場(chǎng)的強(qiáng)度有很多測(cè)量磁場(chǎng)的方法，磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器利用了磁場(chǎng)和物質(zhì)之間各種物理效應(yīng)：磁機(jī)械效應(yīng)、核磁共振、磁電效應(yīng)、超導(dǎo)體與電子自旋量子力學(xué)效應(yīng)。不同測(cè)量原理能測(cè)量的磁場(chǎng)精度和范圍不同。綜合測(cè)量精度、、頻率響應(yīng)、價(jià)格等要求，本文選擇基于電磁感應(yīng)線圈測(cè)量法。

二、磁場(chǎng)產(chǎn)生原理

通電直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生圓形矢量磁場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)線電流按一定變化規(guī)律時(shí)，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)將按一定規(guī)律變化，傳感器線圈中將感應(yīng)出一定規(guī)律的電動(dòng)勢(shì)。由法拉第定律，線圈的感應(yīng)電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度、線圈圈數(shù)、截面積的關(guān)系為：

（1）

由于通電導(dǎo)線電流頻率較低為20KHz，且線圈較小，令線圈中心到導(dǎo)線的距離為，認(rèn)為小范圍內(nèi)磁場(chǎng)分布是均勻的，則線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

（2）

三、信號(hào)濾波選頻

線圈感應(yīng)電勢(shì)的頻率理論應(yīng)為20KHz，故采用工字型電感線圈為10mH，其等效電阻為10歐姆，可以采用LC串并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)選頻放大。

圖 1：LC串并聯(lián)諧振電路

Fig 1：Inductance and capacitance of series and parallel resonant circuit

上述電路的諧振頻率為，由電感，得電容=6.33nF，故選用電容6.8nF。

四、信號(hào)放大與幅度測(cè)量

信號(hào)放大級(jí)音頻功率放大器LM386構(gòu)成，在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。電路如下：

圖2：LM386可調(diào)增益電路

Fig 2：LM386 adjustable gain circuit

采用倍壓整流獲得感應(yīng)電勢(shì)的幅值，當(dāng)為正半周（4端為負(fù)，3端為正），D1導(dǎo)通，D2截止，對(duì)充電，電壓極性右正左負(fù)；當(dāng)為負(fù)半周時(shí)（4端為正，3端為負(fù)），D2導(dǎo)通，D1截止，加上電容器C1兩端的電壓對(duì)C2充電，電壓極性為右正左負(fù)，峰值電壓為。二極管采用肖特基二極管。

圖3：幅度測(cè)量電路

Fig 3：Amplitude measurement circuit

五、系統(tǒng)電路圖

由于送入單片機(jī)A/D采樣接口的電壓變化范圍最好為0～5V，故調(diào)整圖2中放大電路增益， 圖3中端輸出的電壓即可送入單片機(jī)進(jìn)行采樣分析。電路如圖4：

圖4中Header2為電感線圈傳感器接口。

六、結(jié)束語

本文給出的以LM386為核心模塊構(gòu)建的電路使得對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量不需要復(fù)雜的測(cè)量電路即可達(dá)到精確測(cè)量的效果。該電路中典型的LM386增益可調(diào)、倍壓整流、以及LRC帶通濾波等模塊的設(shè)計(jì)對(duì)其他傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì)具有很好的借鑒意義。 （下接98頁）