水聲信號功率放大器的設計與實(shí)現

在現代主動(dòng)聲納系統中，往往需要針對不同背景噪音以及不同的要求，適時(shí)地選擇信號波形，工作頻率，信號時(shí)間寬度，帶寬等。例如，常用的信號有單頻矩形脈沖(CW)，線(xiàn)性調頻脈沖信號(LFM)，雙曲線(xiàn)調頻信號等。不同的信號具有不同的特性。對于相同的多普勒分辨率，LFM脈沖的試驗分辨能力要高于CW脈沖，而對于相同的時(shí)延分辨力，LFM則要高于CW脈沖。當目標多普勒頻移較小時(shí)，相對于長(cháng)CW脈沖而言，LFM脈沖具有較小的模糊面積，受到少一些的混響影響，而當目標多普勒增大時(shí)，長(cháng)CW脈沖比LFM脈沖信號抗混響效果要好。
本文所提到的水聲信號發(fā)生系統采用多功能的數據采集接口板作為信號源，可以通過(guò)編寫(xiě)程序方便產(chǎn)生所需的信號。其所產(chǎn)生的信號穩定，精度高，并且修改容易，通用性強。但由于要直接產(chǎn)生滿(mǎn)足要求的正弦信號具有很大難度，所以產(chǎn)生的都是矩形信號，而且信號的幅度、功率均很小。為解決這一問(wèn)題，這里提出了功率放大電路，將數據采集接口板產(chǎn)生的矩形信號轉換為正弦信號，并進(jìn)行幅度和功率放大，以滿(mǎn)足換能器對信號的要求。

1 總體設計

由式(3)可以得出以下結論：周期信號的傅氏變換在各諧波頻率處是一個(gè)無(wú)限長(cháng)的等間距的沖擊序列。周期函數具有離散的傅氏變換頻譜。如能設計一電路將矩形周期信號的基頻諧波分量分離出來(lái)，便達到了將矩形周期信號轉換為正弦信號的目的。圖1為系統總體框圖。

由于上級電路產(chǎn)生的矩形信號幅度很小，所以先通過(guò)前置放大模塊進(jìn)行初步幅度放大和濾波。前置放大模塊的放大增益可控。PC機通過(guò)RS232接口與單片機通信，單片機接收到PC機發(fā)出的信息后，再通過(guò)調整電阻網(wǎng)絡(luò )調整增益。這樣整個(gè)系統最終的輸出信號幅度便可以通過(guò)PC機控制。矩形信號經(jīng)過(guò)巴特沃思濾波器濾波后轉換為正弦信號，再經(jīng)過(guò)放大濾波，便可傳給大功率運放轉換為大功率信號。最后通過(guò)變壓器驅動(dòng)換能器以產(chǎn)生聲信號。

2 電路設計
該電路按如前所述的功能，可以將其劃分為串口通信模塊、前置放大模塊、巴特沃思低通濾波模塊以及大功率運放模塊。
2．1 串口通信模塊
系統通過(guò)標準RS232接口與PC機進(jìn)行通信。該串口通信模塊的核心是單片機AT89C52，其帶有一個(gè)UART(通用異步收發(fā)器)。用UART實(shí)現串口通信非常容易，其收發(fā)協(xié)議與標準RS232接口是一致的，只是在電氣特性上有差異：UART采用的是CMOS電平，而RS232接口則采用RS232電平。因此該電路采用了MAX202電平轉換器來(lái)轉換電平。其電路圖如圖2所示。