基于8002B的电磁信号放大检波

在智能车竞赛电磁导航方案中， 对来自工字型电感检测到的20kHz导航信号进行放大检波是关键。 往届车模作品方案中，同学们常常使用单电源轨到轨运放电路对来自 电感电容谐振选频回路中信号进行半边整流放大， 然后直接滤波输出检波信号， 或者再通过倍压检波输出。 在这两种方案中， 运放只对输入信号进行正半周放大， 负半轴实际上是截止的。 因此运放实际上工作在非线性区域， 对于低压工作电源应用效率降低。往往还需要对检波后的电压信号进行放大之后再进行单片机采集。

01 电磁信号检测

电磁信号检波方案：是否多此一举？[1]

一、前言

在智能车竞赛电磁导航方案中， 对来自工字型电感检测到的20kHz导航信号进行放大检波是关键。 往届车模作品方案中，同学们常常使用单电源轨到轨运放电路对来自 电感电容谐振选频回路中信号进行半边整流放大， 然后直接滤波输出检波信号， 或者再通过倍压检波输出。 在这两种方案中， 运放只对输入信号进行正半周放大， 负半轴实际上是截止的。 因此运放实际上工作在非线性区域， 对于低压工作电源应用效率降低。往往还需要对检波后的电压信号进行放大之后再进行单片机采集。

▲ 图1.1.1 20kHz电磁信号放大检波电路

二、8002B放大检波

这款8002B单通道音频功率放大器， 原本是用于低工作电源下驱动扬声器使用的。 它带有电源关断控制， 电源工作范围很宽，频率范围大于400kHz，  内部具有双功放，通过互补信号输出，无需电容耦合直接连接外部扬声器。 它的输出是轨到轨， 可以充分利用工作电源， 实现大功率输出。 在这里，应用这款音频放大器， 外部增加适当器件完成电磁导航信号的放大检波。

下面在8002B基本放大电路的基础上改造成 20kHz 电磁信号放大检波电路。 为了不破坏电感电容选频电路的品质因数， 需要将并联谐振回路进入电路高阻输入端。 将8002B的电源分压中点接到 LC回路一端， 将LC回路另外一端接入 8002B 的正向输入端。这一端口是高阻输入， 电路形成正向比例放大电路。 将原来电路反向耦合电容接地， 电路的放大倍数可以通过反馈两个电阻进行调整。 对于电路的输出信号， 将原来的扬声器更换成 倍压检波电路。 请注意， 8002B两个输出信号是相位相差180° 的信号，  这两个信号通过C1，C2两个电容施加在倍压整流二极管上，可以获得两倍的电压输出。 这两个二极管使用肖特基二极管， 可以使用BAT54s 这类 双肖特基二极管芯片。在 SOT23封装内集成了两个二极管。 这就是20kHz电磁导航信号的放大检波电路。

▲ 图1.2.1 电磁信号放大检波电路

在面包板上搭建测试电路， 8002B芯片及其周围的阻容器件使用一个单面板焊接， 通过接插件固定在面包板上。 这里有两个工字型的  10mH电感， 其中一个是接收电感， 另外一个是发送信号电感。 由信号源DG1062输出幅值可调的20kHz正弦波驱动发送电感。

▲ 图1.2.2 实验电路

▲ 激励信号与检波输出信号

▲ 图1.2.4 激励信号与检波输出信号

这里给出了发送电感激励信号的幅值从0V逐步增加到0.5V过程中， 对应的检波输出的直流电压幅值。 横坐标是发送电感施加的信号电压， 纵坐标是检波输出的直流电压信号。 电路输出电压超过5.5V之后趋于饱和。 在开始非常小的一段有死区。 电路的工作电压为5V， 输出检波信号的最高值超过了5V， 这显示了该电路具有非常大的输出动态范围。

总结

本文设计了基于 8002B 的20kHz 导航电磁信号的放大检波电路， 通过实际测试，验证了电路的可行性， 该电路在5V电压下，输出信号的动态范围超过了5V， 可以直接进行单片机AD信号采集。