簡易電路特性儀的簡單實(shí)現(xiàn)

高揚(yáng)　曹源　黃觀　陳余壽

【摘 要】本系統(tǒng)電路主要由待測放大電路以及峰值檢測電路、電壓調(diào)理電路、隔直電路、信號發(fā)生電路構(gòu)成的電路特性測試儀組成。單片機(jī)分別通過判斷輸入電阻、輸出電阻、輸入電壓、輸出電壓、電壓增益及幅頻特性來判斷電路故障并顯示故障原因。

【關(guān)鍵詞】峰值檢測;信號發(fā)生;故障判斷

1.設(shè)計(jì)方案工作原理

1.1預(yù)期實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位

本題目主要任務(wù)為制作電路特性測試儀測試被測電路的輸入輸出電阻、增益以及幅頻特性，并且能夠在電路中任意一個元件發(fā)生故障時做出判斷并顯示故障原因。

1.2技術(shù)方案分析

（1）正弦波產(chǎn)生方式選擇

采用DDS。DDS是一個靈活的多用途數(shù)字式信號調(diào)制與信號合成發(fā)生器，可以產(chǎn)生幾十赫茲到幾千赫茲的正弦波，切換頻率時間短，輸出頻率帶寬大且便于控制，可以進(jìn)行掃頻。

（2）輸出直流信號采集方式

輸出端分兩路信號輸出，電容隔直輸出交流信號，直接輸出為交直流信號，兩路信號均送入單片機(jī)進(jìn)行加減計(jì)算。此方案計(jì)算較為容易，信號干擾小，可控。

1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理

本系統(tǒng)主要由待測試電路及其周邊電路構(gòu)成的電路特性測試儀構(gòu)成。單片機(jī)控制DDS產(chǎn)生正弦波信號經(jīng)放大電路放大輸出。電路特性測試儀分別測出電路的輸入電阻、輸出電阻、電壓增益、輸出電壓、上下限頻率用于分辨電路故障原因。

2.核心部件電路設(shè)計(jì)

2.1電路結(jié)構(gòu)工作機(jī)理

（1）待檢測放大電路

（2）峰值檢測電路

峰值檢測電路中交流信號經(jīng)過峰值檢測電路輸出單極性直流信號可輸入單片機(jī)檢測。

（3）輸入電阻測量

輸入電阻測量電路由DDS產(chǎn)生正弦波信號降壓后輸入進(jìn)放大電路，在待測電路前串聯(lián)電阻，分別測電阻兩端電壓可根據(jù)分壓計(jì)算出待測電路輸入電阻，檢測電壓為小信號，經(jīng)放大器放大并通過峰值檢測輸入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

（4）輸出電阻及交直流電壓測量

輸出測試電使用繼電器開關(guān)切換分別測量帶負(fù)載時輸出電壓及空載時輸出電壓。輸出電壓為交直流信號，經(jīng)電容隔離直流信號可測得交流信號，將兩路輸出信號分別經(jīng)過峰值檢測電路輸入進(jìn)單片機(jī)計(jì)算，相減可得到直流信號。

2.2參數(shù)計(jì)算

（1）待測放大電路分析計(jì)算，如圖1

①靜態(tài)分析

放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算如下：

②動態(tài)分析

考慮電容容抗計(jì)算輸入輸出電阻理論值，公式如下：

③電阻故障分析

（2）實(shí)際輸入電阻計(jì)算

（9）

（3）實(shí)際輸出電阻及輸出電壓計(jì)算

（10）

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)包括：初始化、參數(shù)檢測、故障判斷和顯示模塊

4.仿真及硬件實(shí)現(xiàn)

4.1設(shè)計(jì)分析軟件環(huán)境

（1）仿真軟件：Multisim14.0、proteus8.0

（2）程序編寫環(huán)境：CodeComposerstudio8.1.0

4.2儀器設(shè)備硬件平臺

數(shù)字示波器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表

5.作品成效總結(jié)分析

5.1系統(tǒng)測試性能指標(biāo)

（1）基礎(chǔ)部分

①電路特性測試儀輸出正弦波信號頻率1kHz

②電路特性測試儀輸出正弦波信號頻率1kHz

③在輸入1kHz頻率時的電壓增益

電壓增益理論值為150.00，電壓增益測量值為150.06，相對誤差為0.04%。

④幅頻特性測試

上限頻率理論值為87kHz，上限頻率測量值為83kHz，相對誤差為4.60%。

（2）發(fā)揮部分

①電阻故障測試

部分電阻故障能夠檢測并顯示

②電容故障測試

部分電容故障能夠檢測并顯示

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光編著.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京：高等教育出版社.2013.12.

[2]黃智瑋編著﹒《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2011.01.

（作者單位：南京師范大學(xué)）