如何实现微弱信号放大！

Question

要求：自制信号发生器，产生步进扫频信号，频率范围为 15kHz~20kHz ，步 进频率 1kHz，扫频周期为 5 秒。通过电声部件转换为声信号并注入平面板，由 不在同一位置的任意声电转换部件接收该声信号，预留测试端口，通过示波器观测接收到的信号

信号发生器+功放+喇叭 注入平面板 然后在平面板上的压电陶瓷片接收信号
这个图想用来放大这个微弱信号 然后再接adc采集信号来实现定位
可是我感觉要滤波什么的 我不怎么会 有懂的吗

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

为了实现微弱信号的放大以及满足您提供的具体需求，我们可以将整个系统分为几个部分来设计：信号发生器、功率放大器、声学耦合、信号接收和ADC采样。这里我会提供一个基本的电路设计方案以及相关的代码建议。

1. 信号发生器

首先，我们需要制作一个步进扫频信号发生器。可以使用单片机（例如Arduino）配合相应的库函数来生成所需的信号。下面是一个简单的Arduino程序，用于生成步进扫频信号：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Oscilloscope.h>

#define F_CPU 16000000UL // Set the clock speed for Arduino (MHz)

void setup() {
    Serial.begin(9600);
    Adafruit_Oscilloscope.init(); // Initialize Oscilloscope Library
}

void loop() {
    int freqSteps = 15; // Start frequency in kHz
    int stepSize = 1; // Step size in kHz
    int sweepTime = 5000; // Sweep time in ms
    
    for (int i = freqSteps; i <= freqSteps + stepSize * 5; i += stepSize) { // 15kHz to 20kHz with 1kHz steps
        tone(9, i * 1000); // Generate a sine wave at the desired frequency on pin 9
        delay(sweepTime / 5); // Wait for the sweep time divided by number of steps
    }
    
    noTone(9); // Turn off the tone when done
    delay(1000); // Wait before starting again (optional)
}

这段代码使用了Arduino的tone()函数来生成正弦波，然后通过串口输出以便于后续的分析。

2. 功率放大器

接下来是功率放大器部分，您可以选择一个合适的运放（运算放大器），比如图中的OPA189IDR，将其配置为非反相电压跟随器以保持信号幅值不变。根据您的电路图，OPA189IDR已经连接到电源，并且似乎已经有适当的电阻和电容进行偏置和稳定。如果您需要增强信号的功率，可能需要考虑使用专门的音频功率放大器，如LM386等。

3. 声学耦合与信号接收

信号通过声学耦合传输至平面板，再由压电陶瓷片（声电转换部件）接收。这一步主要依赖于物理特性，确保良好的声波传播和转换效率。可能需要调整平面板的材质和尺寸，以及压电陶瓷片的位置，以优化信号的传递和接收。

4. ADC采样

最后，您需要将接收到的信号送入ADC（模数转换器）进行数字化处理。您可以继续使用Arduino或其他单片机，它们通常都有内置的ADC。以下是读取ADC值的基本代码示例：

int adcPin = A0; // Assuming ADC input is connected to analog pin A0

void loop() {
    int reading = analogRead(adcPin); // Read ADC value
    Serial.println(reading); // Print the reading over serial
    delay(100); // Optional: Add some delay between readings
}

这只是一个基础的框架，实际应用中可能需要对每个部分进行更深入的设计和调试。例如，滤波器可能需要根据实际应用场景来选择合适类型（低通、高通、带通或带阻）和参数，以减少噪声和干扰。此外，您还需要考虑如何从示波器观察接收到的信号，可能需要外接示波器接口或者通过串口发送数据给计算机进行实时显示。