波形发作器电路的计划与仿真

2017-07-13 17:49分类：电子技术阅读：

在核磁共振（ NMR）测深作业中需求发射某一频率的正弦波作为激起源，这一频率与地磁场巨细满意必定的联络，如式（1）。NMR测深中以为地磁场B0是均匀的，地磁场强度抉择了拉莫尔频率，即激起电流的频率。由激起电流树立激起磁场作为一次场，激起场的强度用激起脉冲矩q= I0τp标明。当激起电流断开后，用同一天线（发射/接纳）接纳因为二次场（弛豫磁场）改动而在接纳天线中发作的感应电动势（即NMR信号）的弛豫场。在安稳地磁场B0（地磁场）效果下，具有必定磁矩的氢核绕外磁场运动，运动频率由拉摩尔方程抉择：

式中： f0为拉摩尔频率； γ为旋磁比。
依据实测的地磁场强度B0，就可由式（ 1）求出水中质子的运动频率（拉摩尔频率）

理论上流过天线的交变电流脉冲的包络线为矩形，如图1（a）所示。其间： 1≤t≤τp ；ω0= 2πf0； I0 ，Sp别离为交变电流脉冲的崎岖和继续时刻。发射电流的崎岖与继续时刻的乘积（ q = I 0τp ）抉择了勘探深度，图1（ b）为天线上接纳到的NMR信号，该信号按指数规矩衰减。
实习作业中需求运用直流电源能量转化为沟通动力作为激起场，为取得适合的发射电流，对发射电路进行了仿真计划。

2谐振发射单元的计划
选频电路能够得到适合的正弦波输出。选频电路按功用可分为低通滤波电路、带通滤波电路、高通滤波电路、带阻滤波电路等；按原理可分为谐振式选频电路、会集选频电路、陶瓷滤波器、声外表波滤波器、晶体滤波器等。该发射电路选用谐振式选频电路。在电路中，信号自身不是单一频率的信号，而是占有必定频带宽度的频谱信号，这就恳求选频电路的通频带宽度应与它所传输信号有用频谱宽度相习气，为不引进信号的崎岖失真，志向的选频电路的通频带内的幅频特性H(f)应满意：

为按捺通频带外的搅扰，选频电路通频带外的幅频特性H(f)应满意H(f)= 0.显着志向的幅频特性应是矩形，实习的幅频特性挨近矩形，图2的纵坐标是： α(f)= H(f)/ H (f0)，挨近的程度与选频电路自身构造办法有关，通常用矩形系数K标明，界说为：

式中： 2Δf0.7为α(f)由1降低到1/√2时，两鸿沟频率f1与f2之间的频带宽度，称为通频带，用B标明， B = f1- f2= 2Δf0.72Δf0.1为α(f)降低到0.1处频带宽度，志向值K=1，实习值均大于1.
信号经过选频电路，为不引进信号失真，恳求在同通频带计划内相频特性应满意：

即信号有用频带宽度以内的各频率重量经过选频电路往后，都推延一个一样的时刻，这么确保输出信号中各频率重量之间的相对联络与输入信号彻底一样。

欲取得频率为本地拉莫尔频率的交变电流，且脉冲崎岖满意大，能够选用谐振电路来完毕， RLC串联谐振电路如图3所示,R,L为电感线圈内阻和电感， C为回路电容， VCC为外加电动势。由图3可知回路阻抗为

若使煽动源角频率等于回路谐振角频率时，即ω= ω0= 2πf0= 1/√LC ，此刻|Z| = R， |Z|为最小值，回路呈纯电阻性，ψz= 0，回路电流抵达最大。回路中的谐振角频率抉择于回路自身参数，与煽动源无关，图3是选用两种煽动源（正弦波和方波）所构成的谐振电路，用仿真查验到的线圈两头电压波形如图4所示，理论核算出回路的质量因数Q= ω.即为ω.L/ R = 50.当回路谐振频率f0必守时，通频带2Δf0.7与Q成反比，即：2Δf0= f0/Q1在正弦波煽动下，图4（ a）的Q大概为60，与理论核管用值根柢相符，在方波煽动下，图4（b）的Q大概为8.经过仿真可知：在LC串联电路中选用方波驱动时线圈负载也可取得谐振电压波形。那么适合的方波信号是从开关电源取得的，开关电源所供给的电压增大，负载上即可取得更大的电流。实习作业中选用直流电源供电，因而运用方波煽动以取得谐振输出电流或电压波形。

（开关电源中运用的开关管要作业在开关状况下，实习作业中开关从注册到关断刹那间会呈现反向过冲，易损坏开关，因而实习谐振电路如图5所示。电路中R1,R2为漏电等效电阻，C1和C2为电容，电源电压为直流12V.

3室内试验
试验室实测电路如图5，电路中开关T上电压VCC取值为4V，两个电容C1 ，C2容量为6μF，天线内阻取R1= 0.2欧， L = 0。5 mH，开关上继续供给占空比为50%的矩形波信号，运用数字存储示波器TDS1012查验到天线两头电压电流波形如图6（ a）、图6（ b）所示，从电压波形能够看出波形为无缺正弦波，幅值抵达75 V，恰当于将电源电压4 V拓宽快到18倍，此刻回路发作串联谐振。电流波形幅值可求I = 2 V/ 0.2欧 = 10 A，电流巨细首要取决天线内阻，若天线内阻增大则电流值减小，从电压电流波形还能够查验出谐振频率为f0= 2500 Hz，满意本地拉莫尔频率数值。