基于高精度电压电流取样器的设计与实现_开题报告

本设计是一种通用的水声换能器声学电性能参数测量的精密取样仪器。水声换能器是一种能进行电-声或声-电转换的无源器件，需在相应的谐振频率下，对它进行高电压、大电流驱动，才能在水下将电信号高效的转换成声波信号发射出去，或将声波信号转换成电信号接收进来，从而得到各种不同需求的应用。而驱动水声换能器的高电压、大电流功率源，则由宽带功率放大器来提供，为了对该换能器的声学电性能参数进行实时定量测试和分析，则需由本设计的自动电压电流取样器对其驱动信号进行精密取样，水声换能器的实时定量分析才能得以进行。由此组成了水声换能器的驱动系统，该系统包括了宽带功率放大器--自动电压电流取样器--水声换能器三个部分，而自动精密电压电流取样器是水声换能器驱动信号进行实时定量分析的关键所在。

当前，声波仍是水下唯一可以进行远程信息传输的途径。水介质与空气介质的不同特性，使水声通信与空气中的无线电通信具有明显差异。水声通信的衰耗因素较多，特别是在海水中传播，声传播损失不仅与频率有关，而且还受海水的含盐度、温度、密度、深度、距离等的影响，造成中远程水声信号带宽极其有限。同一声源发出的声波，在不同的海区或不同的季节，传播情况可能都不同。所以从信道中的各种限制因素到时变、空变性，水声通信都远比无线电通信来得复杂。

对于水声换能器的驱动功率放大器和精密电压电流取样器，最具代表性的是美国INSTRUMENT公司的L系列功率放大器和相配套的VIT13电压电流取样器。该系列产品为美国INSTRUMENT公司在二十世纪九十年代，专为军用舰艇水声通信所需而研发的，其内部元器件材料都是插件封装形式，而控制电路部分几乎是模拟方式，由波段开关通过逻辑控制继电器，选择相应电压或电流通道的放大器不同增益系数，然后输出相应的模拟取样信号。但所有元器件材料品质无一例外的都是军品级，故可想而知，该仪器的可靠性确实是非常高的，所以该仪器的产品质量才能够得到有效保证。

在国内，近年来随着我国大力发展强大的国防蓝水海军和国家海洋经济，我们相应的科研机构工程技术人员，也在大力研发各种需求的水声换能器，为了对研发的换能器进行驱动电压、电流、功率测试，配套研发了宽带功率放大器和电压电流取样器；但电压电流取样器电性能技术指标中的频带宽度只能达到200Hz～500kHz（-3dB），未能达到国外同类仪器产品VIT13的技术指标0.5Hz～5MHz（-3dB）。即高频段和低频段均未能达到相应的技术指标，且控制部分仍采用模拟电路的方式，模拟方式的控制电路部分仍采用波段开关方式，而波段开关在转动切换多次后，容易产生开关触片氧化，导致开关接触不良、旋钮松动脱落等现象，给该产品的使用及可靠性带来很大的不便和隐患。

为了解决现有电压电流取样器电性能不足和可靠性隐患问题，设计了自动电压电流取样器，该仪器内部元器件全部采用高精度、高稳定性的带温度补偿的贴片材料，而电路中的关键元器件运算放大器，则采用美国国半的精密运算放大器LH0032CG及高速缓冲器LH0033CG，通过这些措施的实施，电压电流通道的电路取样高精度达到了1%，频带宽度也达到了国外同类仪器产品VIT13的0.5Hz～5MHz（-3dB）。电压电流通道放大器的增益控制电路部分，由单片微机系统根据取样信号幅度大小，来控制逻辑继电器选择增益系数，最后输出相应增益的模拟信号，实现了增益选择的自动控制。在保证了电路关键元器件的品质前提下，克服了现有产品的弊端，使产品的技术指标和可靠性大大得以提高。

^范文提纲

（一）整机电路工作原理

1画出整机电路工作原理框图

2整机电路工作原理介绍

对整机各部分电路工作原理进行分析与理论计算

1电源部分：以原理框图和原理图的形式，对整机工作电源进行分析和计算。

2电压通道：以原理框图和原理图的形式，对电压通道的电路工作原理进行详细

分析和计算。电压通道包括双端平衡输入的精密衰减器电路，双端

输入的高速缓冲器和电压通道放大器增益调整电路。

2.1双端平衡输入的精密衰减器电路

2.2双端平衡输入的高速缓冲器和电压通道增益调整电路。

3电流通道：以原理框图和原理图的形式，对整机电流通道电路的工作原理进行详细分析和计算。电流通道包括输入电流互感器电路，电流通道放大器增益调整电路。

3.1输入电流互感器电路

3.2电流通道放大器增益调整电路

4控制部分：以原理框图和原理图的形式，对整机控制部分电路进行详细分析和    

计算。控制部分电路包括电压电流取样电路，单片机控制电路，继电器逻辑电路，键盘和显示接口电路。

4.1电压电流取样电路

4.2单片机控制电路

4.3继电器逻辑电路

4.4键盘和显示接口电路

测试结果

1将电压通道测试结果以表格的方式在文中列出。并加以说明

2将电流通道测试结果以表格的方式在文中列出。并加以说明

3将电压、电流通道的相位误差测试结果以表格的方式在文中列出。

（四）总结

参考文献

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