簡(jiǎn)易幅頻特性測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)易幅頻特性測(cè)量?jī)x方案論證圖1.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)由單片機(jī)釆用DDS原理輸出頻率范圍在10~lKHz的正弦波，輸出幅度為IVrmso將不同頻率的正弦波輸入被測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)輸出端的有效值，因?yàn)檩斎胗行е禐?，故所測(cè)有效值等于網(wǎng)絡(luò)在該頻率下的增益，得到網(wǎng)絡(luò)的幅頻響應(yīng)。信號(hào)源產(chǎn)生：正弦信號(hào)是利用DSS原理，通過(guò)DA進(jìn)行輸出。只要確定好了采樣頻率，存儲(chǔ)深度以及步長(zhǎng)等兒個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，便可以精確地進(jìn)行信號(hào)發(fā)生，輸出幅值與頻率都很精確。需要平滑濾波與放大環(huán)節(jié)的配合。信號(hào)處理：所測(cè)有效值的計(jì)算方法如下。對(duì)AD釆集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)，取整倍周期的樣本,做均方根處理，再做平均值計(jì)算，兩者相減，即可得到不含直流分量的正弦信號(hào)

有效值?？梢酝ㄟ^(guò)固定頻率的點(diǎn)頻方法測(cè)得特定點(diǎn)的響應(yīng)，也可也通過(guò)頻率步進(jìn)得到一系列點(diǎn)的響應(yīng)，最終繪得響應(yīng)曲線。最終結(jié)果通過(guò)示波器與液晶共同顯示。點(diǎn)測(cè)與掃測(cè)：DDS產(chǎn)生正弦波的方案，我們存儲(chǔ)一個(gè)周期采樣點(diǎn)的幅值信息，通過(guò)改變步長(zhǎng)來(lái)達(dá)到不同頻率輸出。在點(diǎn)頻方式下，我們輸出指定頻率的正弦波，并讀取響應(yīng)電壓信號(hào)，計(jì)算其有效值，即可知道所測(cè)網(wǎng)絡(luò)在特定頻率點(diǎn)的增益信息（幅頻特性）。在掃頻方式下，由于10Hz步進(jìn)到1KHZ所需時(shí)間太長(zhǎng)，而且參照我們需要完成的功能，我們加大步進(jìn)量，以100Hz為步進(jìn)長(zhǎng)度，測(cè)出10~lKHz中的十個(gè)點(diǎn)，并通過(guò)插值等算法計(jì)算幅頻響應(yīng)曲線，在示波器上予以輸出。圖1.2軟件流程圖1.2軟件流程發(fā)揮部分：發(fā)揮部分主要有掃頻功能，擴(kuò)展頻率范圍，以及可控增益兒部分。掃頻功能主要是對(duì)基礎(chǔ)的點(diǎn)測(cè)功能的擴(kuò)展，應(yīng)用多次自動(dòng)步進(jìn)電測(cè)來(lái)得到幅頻響應(yīng)曲線。擴(kuò)展頻率范圍主要是對(duì)DDS以及后級(jí)濾波的的加強(qiáng)要求，需要輸出波形無(wú)明顯失真。可控增益只需兩個(gè)檔位，一個(gè)是另一個(gè)的十分之一，其中一

個(gè)檔位已經(jīng)由小系統(tǒng)板上的AD前級(jí)滿足，故我們選用繼電器來(lái)控制增益。參數(shù)計(jì)算DDS輸出我們需要頻率范圍從10Hz到lKHz,按照每周期最少點(diǎn)數(shù)計(jì)算得存儲(chǔ)深度為1024個(gè)點(diǎn)，那么我們?nèi)?0.24KHZ的采樣頻率后，所得輸出fcfc=10M=—*2NM為步長(zhǎng)。濾波放大部分DAC直接輸出有效值為0.5V的正弦信號(hào),平滑濾波部分的截止頻率為2000Hz,增益為2。這樣就保證了輸出時(shí)的有效值為IV。牛| 牛| 1.98kHz |__3.022dB |曲1圖2.1平滑濾波部分幅頻響應(yīng)曲線輸出阻抗要求小于lohm,并且能驅(qū)動(dòng)lOohm負(fù)載，要求輸出電流至少有0.1A以上，這對(duì)于DA來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)過(guò)重，需要加功放電路。濾波部分使用二階有源低通濾波，并以兩倍增益。濾波后端用功放管TDA2030作為功放，并采用射隨接法，同時(shí)滿足了輸出阻抗的要求。在濾波與功放之間，加隔直電容，lOOuF與lOKohm構(gòu)成高通網(wǎng)絡(luò)，截止頻率小于lHZo電路如圖所示。

圖2.2濾波放大電路被測(cè)網(wǎng)絡(luò)一階無(wú)源高通該網(wǎng)絡(luò)要求截止頻率為300Hz,通帶內(nèi)增益為OdB,計(jì)算得電容為lOOnF,電阻為5?3Kohm。104100nF5.3kOhm5.3kOhm圖2.3一階無(wú)源高通被測(cè)網(wǎng)絡(luò)二階有源低通該網(wǎng)絡(luò)要求通帶內(nèi)增益為6dB,截止頻率為200Hz,計(jì)算得電容為lOOnF,電容為7.96Kohm0

圖2.4二階有源低通被測(cè)網(wǎng)絡(luò)幅度測(cè)量幅度測(cè)量部分要求輸入阻抗大于lOKohm,響應(yīng)電壓幅值測(cè)量范圍處于20mVRMs~2VRMS之間，增加可控增益后，還可測(cè)量2mVRMS~200mVRMsoADC的輸入范圍為0~2.5V。2VRMs換算到幅值應(yīng)該對(duì)應(yīng)5.66Vpp,可知，2VRMs的上限遠(yuǎn)大于ADC采集范圍的。需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行比例變換。同理，對(duì)于小幅值的測(cè)量當(dāng)同樣需對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。對(duì)20mVRMs"2VRMs量程做四分之一倍增益，對(duì)2mVRMsM200mVRMS檔做十倍增益從而可以共享大幅值檔的通道。同時(shí)為了滿足采集范圍，還需對(duì)其抬升電平，使所有電壓信號(hào)處于正半周。其電平抬升以及初級(jí)增益調(diào)理功能在小系統(tǒng)板上完成?？煽卦鲆嬉约胺秶黾拥裙δ軇t放在外圍板中。JPJOCONI圖2.5幅度測(cè)量前級(jí)電路

測(cè)試報(bào)告測(cè)試使用儀器：Agilent安捷倫54662D數(shù)字示波器SS4325直流穩(wěn)壓電源1.DDS輸出測(cè)試(測(cè)試點(diǎn)1)頻率(Hz)10100200300400Vrsm(mV)1001999992982970實(shí)測(cè)頻率(HZ)1010020030040050060070080090010001070106010431024100198049959970179890110002?響應(yīng)電壓(測(cè)試點(diǎn)2)一階無(wú)源高通頻率(Hz)10100200300400Vrsm單片機(jī)36303525668751Vrsm示波器353285637027795006007008009001000890922939945946941925945955955948936二階有源低通頻率10100200300400Vrsm單片機(jī)199019501392786482Vrsm小波器199219301262669385500600700800900100043836032826019821228019414110884663.截||：頻率一階無(wú)源高通理論值3dB點(diǎn)輸入有效值3dB點(diǎn)輸出有效值測(cè)量值10.7040.667二階有源低通理論值3dB點(diǎn)輸入有效值3dB點(diǎn)輸出有效值測(cè)量值21.370.7374.輸入輸出阻抗濾波放大輸出阻抗測(cè)試方法，由于缺少功率負(fù)載我們釆用比較法。用8ohm功率電阻做負(fù)載，測(cè)量電阻上的電壓，與系統(tǒng)輸出電壓相比，得到系統(tǒng)輸出阻抗。同時(shí)也驗(yàn)證了信號(hào)產(chǎn)生部分的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。測(cè)量結(jié)果：系統(tǒng)輸入電壓完全負(fù)載在8ohm電阻上，測(cè)量不出信號(hào)損失，所以系統(tǒng)的輸出阻抗遠(yuǎn)小于8ohm,小于lohm得以保證。幅度測(cè)量模塊輸入阻抗測(cè)試方法：在