簡易電路特性測試儀設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上簡易電路特性測試儀設(shè)計作者：游瑋 郭夢瑤 許志鴻來源：科學(xué)大眾2019年第10期        摘; ;要：簡易電路特性測試儀以STM32為微處理器，配置其內(nèi)部的12位數(shù)字乘法器實現(xiàn)更為精確的0.1 dB步進的衰減網(wǎng)絡(luò)，使用電流反饋型運算放大器AD8032作為信號調(diào)理及放大電路，利用AD8302實現(xiàn)幅度相位檢測。通過ADC（模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換）對被測量信號進行采樣，通過單片機處理完成對集成運放的失調(diào)電壓、失調(diào)電流、共模抑制比、開環(huán)放大倍數(shù)等參數(shù)的測量，最后利用顯示裝置顯示結(jié)果。文章對此展開了分

2、析。        關(guān)鍵詞：STM32;電路特性測試儀;AD8032;集成運放;運放同向跟隨        1; ; 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇        集成運算放大器是一個高增益的多級直接耦合放大器，具有很大的開環(huán)電壓放大倍數(shù)和極高的輸入阻抗。由于集成運放本身的高增益特性AD8032是一款單電源電壓反饋型放大器，具有高速特性，小信號帶寬為80 MHz，壓擺率為

3、30 V/µs，建立時間為125 ns。實現(xiàn)以上特性只需采用+5 V單電源供電，功耗小于4.0 mW。這一低功耗特性可以在不犧牲動態(tài)性能的情況下延長高速、電池供電系統(tǒng)的工作時間，可以滿足需求。        2; ; 測量理論及故障判斷分析        2.1; 測量原理        單片機根據(jù)選擇參數(shù)控制相應(yīng)的參數(shù)測試電路，輸出高頻信號源，控

4、制增益等一系列操作。被測運放在單片機的控制下經(jīng)過運放同向跟隨電路輸出電壓，該電壓經(jīng)過數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換輸入單片機，單片機根據(jù)輸入電壓和測試參數(shù)類型進行計算處理。        2.2; 電路參數(shù)測量分析        2.2.1; 電路設(shè)計        設(shè)計電路三極管滿足放大系數(shù)在60300，按最大值600進行計算。放大電路的負(fù)載RL連接到測試儀的輸入端口，所以

5、負(fù)載可認(rèn)為是無窮大。另外，假設(shè)三極管的內(nèi)部輸入電阻R為1 000 R，該值可在程序設(shè)計中進行矯正。        2.2.2; 計算        輸入阻抗Ri=R1/R2/rbe=43 K/15 K/1 K917 R        輸出阻抗Ro=R3/Xc=2 K/（1/（2×3.14×1 kHz ×470 P）1 988 &

6、#160;       放大倍數(shù)Av=×（RL/Rc）/rbe×Rc/rbe=300×2 K/1 K =600        2.2.3; 實際應(yīng)用        輸出串一個電阻R用于信號檢測，左邊的電路構(gòu)成RC串聯(lián)電路，已知1 kHz輸出電壓幅值，可用單片機測量得到R上電壓，再用KVL可算出輸入電阻Ri。放大電路的輸出電阻與三極管，直接

7、按上面公式計算即可。直接輸出電壓幅值除以輸入電壓幅值可得電路放大倍數(shù)，單片機采、描點即可。上限頻率值為0.707×幅值的頻率。        2.3; 故障判斷分析        2.3.1; 電阻故障判斷分析        （1）R1（43 K）開路：加交流強信號后，峰值VPP大于管壓降，使三極管導(dǎo)通，R3（2 K）分壓后，輸出電壓Uo下降。&#

8、160;       （2）R1（43 K）短路：R1失去分壓作用，此時基極電壓與電源電壓相等，三極管近似于二極管，壓降硅管為0.7 V。        （3）R2（15 K）開路：基極電流增大，R3（2 K）電流增大，R3分壓能力變強，輸出電壓Uo變小。        （4）R2（15 K）短路：加交流信號，此時無輸出。    

9、;    （5）R3（2 K）開路：三極管工作在截至區(qū)，此時輸出基本為0。        （6）R3（2 K）短路：輸出端口接2 K電阻與R3（2 K）分壓，其他電壓下降一半。        （7）R4（1 K）開路：加交流信號，輸入端有電壓。        （8）R4（1 K）短路：三極管工作在飽和區(qū)，輸出電壓約等于

10、管壓降。        2.3.2; 電容故障判斷分析        用示波器、信號發(fā)生器在實際中測量。在某次測試中，輸入交流信號VPP=50 mV，輸出VPP=2.77 mV。        （1）C1（10 u）開路：輸出（VPP=792 mV），干擾0 mV。        

11、;（2）C2（47 u）開路：輸出（VPP=594 mV）。        （3）C3（470 P）開路：輸出波形出現(xiàn)毛刺，干擾影響大。        3; ; 測試方法及測試結(jié)果        整個系統(tǒng)可由3部分組成：電源電路，單片機最小系統(tǒng)，運放同相跟隨器組成。通過實際使用測試，和對測量數(shù)據(jù)的分析，整個系統(tǒng)系統(tǒng)完成了以下指標(biāo)：  &#

12、160;     （1）電路特性測試儀輸出1 kHz正弦波信號，自動測量并顯示該放大器的 輸入電阻。輸入電阻測量范圍150 k，測量準(zhǔn)確度可達±10%。        （2）電路特性測試儀輸出1 kHz正弦波信號，自動測量并顯示該放大器的輸出電阻。輸出電阻測量范圍500 5 k，測量準(zhǔn)確度可達±10%。        （3）自動測量并顯示該放大器在輸入1 kHz頻率時

13、的增益。測量準(zhǔn)確度可達±10%。        （4）自動測量并顯示該放大器的頻幅特性曲線。顯示上限頻率值，相對誤差的絕對值不超過±25%。        （5）該電路特性測試儀能判斷放大器電路元器件變化而引起故障或變化的原因（如某個電阻開路或斷路），電路特性測試儀能夠判斷并顯示故障原因。        （6）若有一個電容開路，電路特性測

14、試儀能夠判斷并顯示故障原因。        （7）若任意增大一個電容的容量，使其達到原來值的兩倍。電路特性測試儀能夠判斷并顯示該變化的原因。        所有的測試過程嚴(yán)格按照要求來進行，所有測試數(shù)據(jù)和測試結(jié)果準(zhǔn)確、真實、有效。        4; ; 結(jié)語        輸入電阻Ri的大小表示放大電路從信號源或前級放大電路獲取電流多少。輸入電阻越大，索取前級電流越小。對前級的影響就越小。該測試儀具有成本低、誤差小、維護方便等特點，可滿足工程和教學(xué)中的頻率特性測試需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。        參考文獻