簡易電路特性測試儀設(shè)計(jì)

康 惠

（山東現(xiàn)代學(xué)院，濟(jì)南 250104）

1 電路原理分析

采用放大法測量輸入電阻。設(shè)放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為K，在輸入端加入信號(hào)源Us調(diào)整信號(hào)幅度不使輸出波形失真。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，測量輸出電壓的值記為Uo1，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，測量輸出電壓的值記為Uo2，則可得出輸入電阻的值。既保持了電壓的穩(wěn)定性，且測量方法較為簡單，故采用方案三測量輸入電阻阻值。

1.1 輸出電阻測量

對(duì)于任何一個(gè)放大電路，其輸出我們都可以用有內(nèi)阻的電壓源等效代替，從輸出端看進(jìn)去的等效內(nèi)阻即為電路輸出電阻。因此想要測量輸出電阻，可以先將輸出端置為空載，測量得到輸出電壓有效值Uo，然后在輸出端再接入一個(gè)精密電阻RL，測出此時(shí)的輸出電壓有效值Uo’，進(jìn)而可以得出輸出電阻。

1.2 幅頻特性

通過放大電路放大倍數(shù)的數(shù)值與信號(hào)頻率的關(guān)系，我們可以得出幅頻特性曲線。分析發(fā)現(xiàn)，在信號(hào)頻率下降到一定程度時(shí)，放大倍數(shù)的數(shù)值也出現(xiàn)明顯下降。當(dāng)放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707Au時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率值稱為下限截止頻率fL。另一方面，如果信號(hào)頻率上升到一定程度，則放大倍數(shù)的數(shù)值也將出現(xiàn)減小。此時(shí)放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707Au的頻率值，稱之為上限截止頻率fH。通過單片機(jī)，無法繪制出完整的幅頻特性曲線，因此可通過顯示不同信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的增益來表示。

1.3 電路故障檢測

R1、R2開路：當(dāng)R1或R2開路時(shí)，輸入電阻必將發(fā)生改變，若R1開路，則輸入電阻約為15K（R2阻值）；若R2開路，則輸入電阻約為43K（R1阻值）。因此可通過測量輸入電阻的阻值來判斷R1、R2是否開路。

R1、R2短路：若R1、R2中有一個(gè)短路或者全部短路，輸入電阻都為0。具體判斷是R1還是R2短路，則需測量輸出電壓大小。當(dāng)R2短路時(shí)三極管截止，輸出電壓通過一個(gè)上拉電阻上拉到12v；當(dāng)R1短路時(shí)，三極管工作在飽和區(qū)，由于R3上有一個(gè)直流偏置的壓降，輸出電壓約為11V。因此可通過測量輸出電壓的值來判斷R1、R2是否短路。

R3短路：R3短路的情況與R2短路相似，但R3短路時(shí)輸入電阻不變且輸出電壓為12V，輸出電阻為0。由此可判斷R3的短路情況。

R3開路：R3開路時(shí)輸入電阻不變，但輸出電壓接近于0V。由此可判斷R3的開路情況。

R4短路：R4為控制輸出偏置的電阻，改變R4輸出偏置將發(fā)生變化。若R4短路，則輸出波形將變成以0為偏置的半波正弦波，通過測量輸出波形的峰峰值和平均值，即可判斷R4的短路情況。

R4開路：R4開路的情況與R3短路相似，此時(shí)電路的特征為輸入電阻不變且輸出電壓為12V，但R4開路時(shí)的輸出電阻與R3短路時(shí)不同，輸出電阻為2K。由此可判斷R4的開路情況。

2 理論分析與參數(shù)計(jì)算

2.1 信號(hào)源模塊

芯片AD9850能實(shí)現(xiàn)編程控制的全數(shù)字頻率合成器及時(shí)鐘發(fā)生器，其內(nèi)部包括可編程DDS系統(tǒng)、高速比較器和高性能DAC。通過連接精密時(shí)鐘源和AD9850，即可獲得一個(gè)頻率和相位都編程可控、頻譜純凈的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接作為信號(hào)源輸出使用。AD9850接口控制簡單，可以通過8位并行口或串行口直接輸入相位、頻率等控制數(shù)據(jù)。

2.2 衰減網(wǎng)絡(luò)

由于放大器輸出的電壓大于5V，若使用單片機(jī)測量輸出電阻則需將電壓降低為0～3.3V或0～5V，因此先將放大器的輸出電壓進(jìn)行分壓。衰減網(wǎng)絡(luò)，又稱為分壓電路，用電阻構(gòu)成的分壓電路。

2.3 峰值檢波電路

峰值檢波器是一個(gè)可記錄信號(hào)的電路，其輸出電壓的大小隨輸入信號(hào)的峰值而變化，而且保持在輸入信號(hào)的最大峰值。

3 總體電路圖

圖1 總體電路圖

4 程序設(shè)計(jì)

程序主要分為三部分。首先，單片機(jī)入端控制繼電器，然后使用AD對(duì)輸出端進(jìn)行采樣，算得輸入電阻。其次，還是通過控制輸出端繼電器和AD，求解輸出電阻。然后采樣輸出電壓，計(jì)算增益。最后使用單片機(jī)控制DDS模塊產(chǎn)生掃描信號(hào)、AD采樣輸出電壓、數(shù)據(jù)處理、描點(diǎn)畫頻幅特性曲線。

5 系統(tǒng)測試分析

通過測試，電路特性測試儀可以實(shí)現(xiàn)輸出1kHz正弦波信號(hào)，并完成對(duì)放大電路的增益、輸入電阻、輸出電阻特性的自動(dòng)測量。輸入電阻測量范圍1kΩ～50kΩ，輸出電阻測量范圍500Ω～5kΩ，相對(duì)誤差的絕對(duì)值均不超過10%，符合基本要求。