基于簡易電路特性測試儀系統(tǒng)設計

謝祥兵

【摘要】本設計采用STM32F407微控制器，TI公司的運放等制作一臺簡易電路特性測試系統(tǒng)，本設計利用精密整流濾波電路將交流信號轉化成直流電信號送入單片機A/D，測量出自建正弦信號發(fā)生電路輸出的電壓與被測電路凈輸入電壓的值從而計算出電路的輸入電阻以及測放大電路在不同負載時的輸出電壓，計算出電路輸出電阻，電路輸出值比上凈輸入值即為該電路的增益，將信號頻率線性改變，電路的增益變化兩者的關系為該電路的幅頻特性，根據(jù)A]量電路特性發(fā)生改變，可以判斷出電路中故障的位置。

【關鍵詞】精密整流 輸入輸出電阻 幅頻特性

一、方案總體描述

本系統(tǒng)主要有：信號發(fā)生電路，信號衰減電路，信號放大電路，精密整流濾波電路，負載切換電路，信號轉換電路，單片機檢測控制顯示電路以及電源電路構成，系統(tǒng)整體設計如圖一所示：

正弦波信號發(fā)生電路設計

由集成運算放大器組成RC橋式正弦波振蕩器，當中RC串、并聯(lián)電路構成正反饋支路，同時作為選頻網(wǎng)絡，加入二極管等元件構成負反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，調節(jié)反饋電阻，可改變負反饋深度，從而滿足振蕩的振幅條件和波形改善，達到改善波形失真的目的。本設計中為橋式正弦波振蕩器，其中RC串、并聯(lián)電路構成正反饋支路，同時兼作選頻網(wǎng)絡，選頻網(wǎng)絡中的電阻與電容的值均相等及二極管等元件構成負反饋和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，調節(jié)可變電阻即，可以改變負反饋的深度，從而滿足振蕩的振幅條件和改善波形。采用兩個反向并聯(lián)二極管正向電阻的非線性特性來實現(xiàn)穩(wěn)幅。穩(wěn)幅二極管采用硅管（溫度穩(wěn)定性好），且要求特性匹配，才能保證輸出波形正、負半周對稱。在二極管兩端并上一電阻可削弱二極管非線性的影響，以改善波形失真，電路振蕩頻率：f=1/2IIRC。

信號衰減電路

根據(jù)反比例運算放大器的原理，按比例設置反饋電阻與反相輸人端連接的電阻將信號進行衰減，有運放將兩級隔離，基本不影響后級放大電路輸入電阻的測量，按比例設置反饋電阻與反相輸入端連接的電阻將信號進行衰減，有運放將兩級隔離，基本不影響后級放大電路輸入電阻的測量本設計中衰減100倍。

被測電路輸入信號放大幅值檢測電路

利用集成運放構成的放大電路將信號放大，再將輸入信號經(jīng)過精密整流濾波電路轉換成直流信號傳送給單片機AID進行輸入信號幅值測量，避免二極管管壓降帶來測量的誤差且集成運放構成的放大電路簡單且放大倍數(shù)便于設置。

二、輸出電阻測量

在輸出端接上分別接上不同阻值的兩個負載，分別檢測出電壓值可以計算出輸出電阻的大小。

2.1 被測電路輸入電阻分析技術。被測電路輸入電阻的測量可根據(jù)電阻分壓定理來測量原理測出信號源Us電壓與放大電路凈輸入信號Ui幅值，外接RS為已知電阻根據(jù)電壓分壓原理可計算出被測電路輸入電阻=Ui/Us-Ui*Rs。

2.2 放大電路輸出電阻分析技術。被測放大電路輸出電阻Rs的測量可根據(jù)戴維南定理測量斷開負載電阻測出Vs即放大電路未接人負載時的電壓，然后將負載接人放大電路寄俞出端記為uab，負載電阻RL已知量，由此推算出放大器輸出電阻Rs=RL/uab*VS-RL

2.3 放大電路增益分析。測得的放大電路輸出信號與凈輸入信號的幅值的比值即為該電路的增益Au（dB）=201g[Vo/Vi]。

2.4 放大電路幅頻特性的分析。調整振蕩器的頻率，從0hz開始遞增頻率記錄下每一次頻率值與放大電路輸出幅度的值，將每一次改變頻率對應的幅度在坐標軸上標明，每一個點連接起來即為該放大電路的幅頻特性曲線。

2.5 故障分析。R1開路放大電路無基極偏置電壓三極管進入截止區(qū)，輸出接近于直流12v，R1短路基極偏置電壓過高導致三極管進入飽和區(qū)，不能正常放大信號，R2短路后輸入信號到地無交流信號輸出，R3短路輸出為12v直流電壓，R3開路無輸出電壓，R4開路輸出為12v直流電壓，c1開路無交流信號輸出，c2開路該電路放大能力減小，輸出信號小。

三、電路與程序設計

3.1 精密整流濾波電路設計。如圖二中的電路所：示，U2A及外圍電路構成正半波輸入2倍壓反相整流放大電路，U2B為濾波電路。

3.2 信號轉換電路設計。通過電壓比較器將正喜波變換成方波信號送入單片機進行頻率測量。

3.3 程序設計。本系統(tǒng)中單片機主控檢測模塊顯示主要實現(xiàn)的功能：放大電路凈輸入信號幅值檢測從而計算出輸入電阻、放大電路輸出信號幅檢測計算出輸出電阻，電路增益的計算，故障檢測，掃頻模式的設置和頻譜圖繪制及顯示，信號的頻率與幅值，電路增益，故障顯示。程序流程：1、開始，采樣輸入兩端電壓根據(jù)戴維南定理計算輸入電阻，顯示輸入電阻。2、采樣輸出兩端電壓計算輸出電阻，顯示輸出電阻，計算增益，測量頻率與輸出電壓的關系，3、故障檢測、根據(jù)測得的輸入輸出電阻和幅頻特性顯示出故障部位。

四、系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)采用分壓式偏置電路為測試對象，測試結果：輸入輸出電阻，電路增益，伏頻特性曲線與電路理論計算置的偏差率分別為90.1%，92.1%，85%。

五、結束語

從上述系統(tǒng)測試的結果可以看出該系統(tǒng)基本能實現(xiàn)某電路輸入輸出電阻的測量，增益的測量，電路幅頻特性，基本能判斷出電路中故障范圍。