專利名稱：自適應(yīng)放大電路及基于該電路的探魚儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于消費(fèi)類應(yīng)用電子領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)放大電路及基于該自適應(yīng)放大電路的探魚儀。
背景技術(shù)：
在電子技術(shù)領(lǐng)域中，基于半導(dǎo)體放大器的放大電路應(yīng)用十分普遍。通常，在針對(duì)不同的工程問題時(shí)會(huì)使用不同的放大電路。在眾多的需要信號(hào)放大的工程問題中，有一類是信號(hào)是隨時(shí)間變化的，而這種變化通常是不希望存在的，采用簡(jiǎn)單的線性放大器處理此類問題將會(huì)對(duì)產(chǎn)生的結(jié)果產(chǎn)生影響。比如說目前應(yīng)用與消費(fèi)類電子領(lǐng)域的超聲波探魚儀，其工作原理是設(shè)備向著被探測(cè)的區(qū)域發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到魚群時(shí)將會(huì)發(fā)射回來。為了能夠辨別魚群的大小以及是否為其它障礙物反射了超聲波，還需要對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行如下處理:首先將回波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過放大電路將電信號(hào)放大，然后通過控制單元對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行分析，得出魚群的大小、方位及距離等參數(shù)。其中魚群的大小是探測(cè)的重要目標(biāo)信息之一，可以通過回波信號(hào)的強(qiáng)度來體現(xiàn)，具體為魚群越大回波信號(hào)越強(qiáng)，反之回波信號(hào)越弱。但是，超聲波在傳播的過程中會(huì)自然衰減，隨著傳播距離越遠(yuǎn)，衰減會(huì)越厲害。不難理解，魚群的遠(yuǎn)近也會(huì)影響到回波信號(hào)的強(qiáng)弱。圖3中曲線LI所示為探魚儀接收超聲回波的時(shí)間與接收到的回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的強(qiáng)度之間的關(guān)系，由于所述電信號(hào)的強(qiáng)度與超聲回波的強(qiáng)度 對(duì)應(yīng)以及接收超聲回波的時(shí)間與超聲波傳輸?shù)木嚯x一一對(duì)應(yīng)，因此該曲線也可用于表示超聲波傳播距離與信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系。具體的說，假定障礙物的尺寸等其他條件一定的情況下，超聲波傳播距離越遠(yuǎn)，回波信號(hào)就越弱。如果采用常規(guī)的線性放大器對(duì)這種回波信號(hào)進(jìn)行處理將無法根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度來判斷魚群的大小及遠(yuǎn)近關(guān)系。現(xiàn)有的探魚儀產(chǎn)品為解決上述問題提出了多種方案。比如說基于超聲波傳播距離與傳播時(shí)間有關(guān)系并且信號(hào)衰減度可測(cè)量的理論，有的產(chǎn)品采用了功能較強(qiáng)的處理器芯片，通過對(duì)測(cè)得的信號(hào)結(jié)合信號(hào)發(fā)射及接收的時(shí)刻信息進(jìn)行處理，計(jì)算出回波信號(hào)在傳播距離影響下的衰減值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償以消除回波信號(hào)中的傳播距離信息。這種方案的缺點(diǎn)是對(duì)處理器的要求較高，而且采用軟件計(jì)算處理的方式容易受電磁及溫度等因素影響。以下提供另一種解決方案:該方案是一種帶超聲回波放大電路的探魚器，其放大電路僅針對(duì)特定強(qiáng)度的超聲回波信號(hào)進(jìn)行放大，通過多次發(fā)收超聲波實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的探測(cè)，對(duì)于近處待測(cè)物體的識(shí)別度較差，也就是說單次測(cè)量的范圍小。進(jìn)一步分析可以看出，采用這種設(shè)備要探測(cè)同樣的區(qū)域并期望得到同樣的結(jié)果將需要更多的步驟和更長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于探魚儀這種自帶電源的設(shè)備而言，電池的容量將是一個(gè)挑戰(zhàn)。并且這類設(shè)備多為集成電路，故成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對(duì)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中類似超聲波探魚儀的回波信號(hào)的處理電路存在的設(shè)備成本高和/或應(yīng)用范圍小等問題，提出了一種自適應(yīng)放大電路以及一種基于該電路的探魚儀。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種自適應(yīng)放大電路，包括放大單元，所述放大單元包括信號(hào)輸入端，其特征在于還包括補(bǔ)償單元，所述補(bǔ)償單元包括輸入端和輸出端，所述補(bǔ)償單元的輸入端與電源連接，輸出端用于向放大單元輸入補(bǔ)償信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)在放大單元的輸入端與輸入信號(hào)相疊加，用于補(bǔ)償輸入信號(hào)的衰減部分。具體的，上述自適應(yīng)放大電路的放大單元由晶體三極管實(shí)現(xiàn),所述放大單元還包括偏置電路，所述偏置電路包括:集電極電阻，連接于晶體三極管集電極和電源之間；發(fā)射極電阻，連接于晶體三極管發(fā)射極與地之間；基極偏壓電阻，包括第一電阻和第二電阻，第一電阻連接于補(bǔ)償單元輸出端和晶體三極管基極之間，第二電阻連接于晶體三極管基極和地之間。進(jìn)一步的，上述補(bǔ)償單元由RC串聯(lián)積分電路實(shí)現(xiàn)，包括限流電阻和儲(chǔ)能電容，其特征在于所述限流電阻一端與電源相連接，另一端與儲(chǔ)能電容相連接，儲(chǔ)能電容另一端接地，儲(chǔ)能電容與限流電阻的公共端為補(bǔ)償單元的輸出端。更進(jìn)一步的，上述補(bǔ)償單元還包括啟動(dòng)單元,所述啟動(dòng)單元包括一啟動(dòng)單元限流電阻，所述啟動(dòng)單元限流電阻一端與啟動(dòng)電壓連接，另一端與補(bǔ)償單元的輸出端相連接。上述補(bǔ)償單元還包括啟動(dòng)信號(hào),所述啟動(dòng)信號(hào)由啟動(dòng)電壓提供，為一與電源電壓同時(shí)開始的脈沖信號(hào)。一種使用上述自適應(yīng)放大電路的探魚儀，其特征在于包括信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路包括前級(jí)放大單元、中級(jí)放大單元和后極放大單元的三極放大單元和偏置單元，所述前級(jí)放大單元包括所述自適應(yīng)放大電路，所述中級(jí)放大單元和后極放大單元由線性放大電路實(shí)現(xiàn)，所述偏置單元用于為各級(jí)放大單元提供偏置電壓。具體的，上述中級(jí)放大單元和后極放大單元由晶體三極管共射極放大電路實(shí)現(xiàn)，各放大單元之間采用電容耦合的方式連接。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過在放大電路的輸入端加入一 RC串聯(lián)積分電路，并將電容充電過程中隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)施加到放大單元的輸入端，以改變放大單元的偏壓的方式對(duì)輸入信號(hào)衰減的部分進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的硬件電路對(duì)隨時(shí)間衰減的信號(hào)的補(bǔ)償放大；并且在本發(fā)明中還提供了一種采用這種電路的探魚儀，使本探魚儀降低對(duì)信號(hào)處理的芯片的要求，為探魚儀產(chǎn)品的成本控制提供可能，并且硬件形式實(shí)現(xiàn)信號(hào)補(bǔ)償?shù)墓δ苁闺娐沸阅芨臃€(wěn)定。


圖1為本發(fā)明的自適應(yīng)放大電路的原理框圖；圖2為本發(fā)明的自適應(yīng)放大電路的一實(shí)施例原理圖；圖3為本發(fā)明的自適應(yīng)放大電路的信號(hào)補(bǔ)償原理圖；圖4為本發(fā)明的自適應(yīng)放大電路的啟動(dòng)信號(hào)圖示；圖5為本發(fā)明的探魚儀的放大電路原理框圖；圖6為本發(fā)明的探魚儀的放大電路的一實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述。如圖1所示，本實(shí)施例的一種自適應(yīng)放大電路包括放大單元和補(bǔ)償單元，其中放大單元包括信號(hào)輸入端，補(bǔ)償單元包括輸入端和輸出端，補(bǔ)償單元的輸入端與電源連接，輸出端用于向放大單元輸入補(bǔ)償信號(hào)，并且補(bǔ)償信號(hào)在放大單元的輸入端與輸入信號(hào)相疊力口，用于補(bǔ)償輸入信號(hào)的衰減部分。這里所指的補(bǔ)償信號(hào)與輸入信號(hào)相疊加的疊加方式并不局限于某種方式，比如說可以是直接疊加，也可以是通過各種耦合方式進(jìn)行疊加。如圖2所示，作為上一實(shí)施例的另一具體形式，在本實(shí)施例中，自適應(yīng)放大電路的放大單元由晶體三極管Tl實(shí)現(xiàn)，該放大單元還包括偏置電路，所述偏置電路包括:集電極電阻R5，連接于晶體三極管Tl集電極和電源IOl之間；發(fā)射極電阻R7，連接于晶體三極管Tl發(fā)射極與地之間；基極偏壓電阻，包括第一電阻R3和第二電阻R6，第一電阻R3連接于補(bǔ)償單元輸出端和晶體三極管Tl基極之間，第二電阻R6連接于晶體三極管Tl基極和地之間。其中，電路的信號(hào)放大部分為基本三極管共射放大電路。在以上兩個(gè)實(shí)施例中分別對(duì)整個(gè)電路及電路中的放大單元提出了具體的實(shí)施形式，本實(shí)施例將以上述的任一實(shí)施例為基礎(chǔ)，進(jìn)一步對(duì)補(bǔ)償單元提出一種具體實(shí)現(xiàn)方式，本實(shí)施例中的補(bǔ)償單元由RC串聯(lián)積分電路實(shí)現(xiàn)，包括限流電阻Rl和儲(chǔ)能電容Cl，限流電阻Rl的一端與電源IOl相連接，另一端與儲(chǔ)能電容Cl相連接，儲(chǔ)能電容Cl另一端接地，儲(chǔ)能電容Cl與限流電阻Rl的公共端為補(bǔ)償單元的輸出端。在本實(shí)施例中，電源IOl為直流供電電源，用于啟動(dòng)電路并為電路提供電源，不難看出，在本實(shí)施例的積分電路的輸出端輸出的電壓是隨時(shí)間逐漸變高的，其變化曲線可由圖3中的L2曲線的tl時(shí)刻開始的部分表示，只要合理設(shè)置限流電阻Rl及儲(chǔ)能電容Cl的值，就能使輸入信號(hào)隨時(shí)間衰減的部分得到有效補(bǔ)償。進(jìn)一步的，本實(shí)施例保持上述的補(bǔ)償單元的具體實(shí)現(xiàn)方式的電路結(jié)構(gòu)不變，僅在補(bǔ)償單元上增加啟動(dòng)單元，該啟動(dòng)單元包括一啟動(dòng)單元限流電阻R2,所述啟動(dòng)單元限流電阻R2 —端與啟動(dòng)電壓102相連接，另一端與補(bǔ)償單元的輸出端相連接。該補(bǔ)償單元還包括啟動(dòng)信號(hào)，如圖4所示，所述啟動(dòng)信號(hào)由啟動(dòng)電壓102提供，為一與電源電壓同時(shí)開始的脈沖信號(hào)，也就是在電源電壓IOl開始為高電平時(shí)102為高電平，并在隨后102變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，IOl仍保持高電平狀態(tài)以維持電路工作。通過采用本實(shí)施例的方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)本發(fā)明所指的待放大的信號(hào)進(jìn)行有效補(bǔ)償，以下結(jié)合圖3對(duì)本實(shí)施例的具體原理做進(jìn)一步說明，圖中:曲線LI表示本發(fā)明所指的待放大的信號(hào)，該信號(hào)隨時(shí)間衰減；曲線L2表示本實(shí)施例的補(bǔ)償電路作用于放大電路的輸入端的信號(hào)，該曲線在時(shí)刻tl出斜率突變，其中o-tl時(shí)間段為IOl和102同時(shí)作用下變化曲線，自tl開始往后為102為高阻狀態(tài)下的變化曲線；曲線L3為曲線LI和曲線L2的合成曲線，即對(duì)輸入信號(hào)補(bǔ)償后的曲線；圖中tl-tn時(shí)間段是在考慮放大單元本身存在飽和區(qū)和截止區(qū)的情況下劃定的線性放大區(qū)，本實(shí)施例中增加啟動(dòng)單元的目的就在于使電路能在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入線性放大區(qū)。以下是為了進(jìn)一步增加電路的穩(wěn)定性提出的改進(jìn)方案，其中電路主體保持不變，放大單元包括射極旁路電容，連接于晶體三極管的發(fā)射極和地之間，用于提高電路交流放大倍數(shù)；補(bǔ)償單元包括濾波電容，所述濾波電容與儲(chǔ)能電容并聯(lián)，用于濾除信號(hào)雜波；放大單元的偏置電路包括濾波電路，所述濾波電路包括濾波電容和濾波電阻，所述濾波電阻連接于電源和集電極電阻之間，所述濾波電容連接于濾波電阻和集電極電阻的公共端與地之間。如圖5所示，本實(shí)施例的一種使用上述自適應(yīng)放大電路的探魚儀，包括信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路包括前級(jí)放大單元、中級(jí)放大單元和后極放大單元的三極放大單元和偏置單元，前級(jí)放大單元包括自適應(yīng)放大電路，中級(jí)放大單元和后極放大單元由線性放大電路實(shí)現(xiàn)，偏置單元用于為放大單元提供偏置電壓。如圖6所示，在一種探魚儀的另一具體形式中，中級(jí)放大單元和后極放大單元由晶體三極管共射極放大電路實(shí)現(xiàn)，各放大單元之間采用電容耦合的方式連接。本實(shí)施例三級(jí)放大電路采用電容耦合的方式，其前后級(jí)之間不存在因耦合所導(dǎo)致的靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有幫助，且此電路架構(gòu)更適宜由分立器件實(shí)現(xiàn)，相比較選用專用芯片，更有利于降低電路成本。采用偏置電壓積分累加的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)待測(cè)物體距離的分辨，軟件實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，算法更高效，降低了軟件開發(fā)的難度及對(duì)于系統(tǒng)其余模塊性能的要求。所述的三級(jí)共射放大電路單元均通過電容進(jìn)行耦合，確保前后之間的靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立，排除前后級(jí)之間的干擾。偏置單元對(duì)于三級(jí)放大電路中集電極和基極進(jìn)行偏置，其中對(duì)于前級(jí)放大電路基極的偏置，通過一個(gè)RC積分電路組成，該電壓隨時(shí)間而線性增加，其升壓時(shí)間長(zhǎng)度與待測(cè)超聲回波時(shí)間長(zhǎng)度相等。下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的方案的具體工作過程做進(jìn)一步詳述，在超聲回波被采集時(shí)刻起，偏置單元對(duì)RC積分電路的儲(chǔ)能電容Cl進(jìn)行充電，隨后102進(jìn)入高阻態(tài)，IOl持續(xù)對(duì)該電容進(jìn)行充電，因此，前級(jí)放大電路的基極偏置電壓呈正斜率增加，該信號(hào)在與超聲回波信號(hào)疊加后，進(jìn)入三級(jí)放大電路。超聲回波信號(hào)強(qiáng)度與被測(cè)物體遠(yuǎn)近相關(guān)，越近則越強(qiáng)，越遠(yuǎn)則越弱。其中前級(jí)放大電路的輸出電壓信號(hào)的特征為:在最開始階段，超聲回波信號(hào)較強(qiáng)，前級(jí)放大電路工作在飽和區(qū)，所需的基極偏置電壓較低，伴隨時(shí)間的增加，超聲回波信號(hào)減弱，放大電路需要更高的基極偏置電壓，才能工作在放大區(qū)，進(jìn)而將輸入信號(hào)放大輸出。三級(jí)放大電路的輸出信號(hào)，在經(jīng)過積分電路積分后，經(jīng)單片機(jī)AD端口采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即可計(jì)算出被測(cè)物體的距離及尺寸，比如說魚群的大小。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)放大電路，包括放大單元，所述放大單元包括信號(hào)輸入端，其特征在于還包括補(bǔ)償單元，所述補(bǔ)償單元包括輸入端和輸出端，所述補(bǔ)償單元的輸入端與外部的電源連接，輸出端用于向放大單元輸入補(bǔ)償信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)在放大單元的輸入端與輸入信號(hào)相疊加，用于補(bǔ)償輸入信號(hào)的衰減部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)放大電路，所述放大單元包括晶體三極管和偏置電路，晶體三極管的基極作為信號(hào)輸入端，其中，偏置電路包括: 集電極電阻，連接于晶體三極管集電極和電源之間； 發(fā)射極電阻，連接于晶體三極管發(fā)射極與地之間； 基極偏壓電阻，包括第一電阻和第二電阻，第一電阻連接于補(bǔ)償單元輸出端和晶體三極管基極之間，第二電阻連接于晶體三極管基極和地之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)放大電路，上述放大單元的偏置電路還包括濾波電路，所述濾波電路包括濾波電容和濾波電阻，所述濾波電阻連接于電源和集電極電阻之間，所述濾波電容連接于濾波電阻和集電極電阻的公共端與地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)放大電路，其特征在于，所述補(bǔ)償單元由RC串聯(lián)積分電路實(shí)現(xiàn)，包括限流電阻和儲(chǔ)能電容，所述限流電阻一端與電源相連接，另一端與儲(chǔ)能電容相連接，儲(chǔ)能電容另一端接地，儲(chǔ)能電容與限流電阻的公共端為補(bǔ)償單元的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自適應(yīng)放大電路，所述補(bǔ)償單元還包括濾波電容，所述濾波電容與儲(chǔ)能電容并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種自適應(yīng)放大電路，所述補(bǔ)償單元還包括啟動(dòng)單元，所述啟動(dòng)單元包括一啟動(dòng)單元限流電阻，所述啟動(dòng)單元限流電阻一端與啟動(dòng)電壓連接，另一端與補(bǔ)償單元的輸出端相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種自適應(yīng)放大電路，所述補(bǔ)償單元還包括啟動(dòng)信號(hào)，所述啟動(dòng)信號(hào)是由啟動(dòng)電壓提供的與電源電壓同時(shí)開始的一個(gè)脈沖信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種自適應(yīng)放大電路，所述放大單元包括射極旁路電容，所述射極旁路電容連接于晶體三極管的發(fā)射極和地之間。
9.一種基于自適應(yīng)放大電路的探魚儀，其特征在于包括信號(hào)放大電路，所述信號(hào)放大電路包括前級(jí)放大單元、中級(jí)放大單元和后極放大單元的三極放大單元和偏置單元，所述前級(jí)放大單元包括所述自適應(yīng)放大電路，所述偏置單元用于為放大單元提供偏置電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于自適應(yīng)放大電路的探魚儀，所述中級(jí)放大單元和后極放大單元由晶體三極管共射極放大電路實(shí)現(xiàn)，各放大單元之間采用電容耦合的方式連接。
全文摘要
本發(fā)明的自適應(yīng)放大電路包括一個(gè)含有信號(hào)輸入端的放大單元，并且還包括補(bǔ)償單元，補(bǔ)償信號(hào)在放大單元的輸入端與輸入信號(hào)相疊加，用于補(bǔ)償輸入信號(hào)的衰減部分。具體的，自適應(yīng)放大電路的放大單元由晶體三極管實(shí)現(xiàn)，放大單元還包括偏置電路。這種通過在放大電路的輸入端加入一RC串聯(lián)積分電路，并將電容充電過程中隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)施加到放大單元的輸入端，以改變放大單元的偏壓的方式對(duì)輸入信號(hào)衰減的部分進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的硬件電路對(duì)隨時(shí)間衰減的信號(hào)的補(bǔ)償放大；并且在本發(fā)明中還提供了一種采用這種電路的探魚儀，使本探魚儀降低對(duì)信號(hào)處理的芯片的要求，并且硬件形式實(shí)現(xiàn)信號(hào)補(bǔ)償?shù)墓δ苁闺娐沸阅芨臃€(wěn)定。
文檔編號(hào)H03F1/30GK103151988SQ201310039318
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者秦海寧, 蔡磊, 葉茂林 申請(qǐng)人:四川虹視顯示技術(shù)有限公司