簡易幅頻特性測量儀設(shè)計

簡易幅頻特性測量儀方案論證圖1.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)由單片機釆用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網(wǎng)絡(luò)，通過測量網(wǎng)絡(luò)輸出端的有效值，因為輸入有效值為1，故所測有效值等于網(wǎng)絡(luò)在該頻率下的增益，得到網(wǎng)絡(luò)的幅頻響應(yīng)。信號源產(chǎn)生：正弦信號是利用DSS原理，通過DA進行輸出。只要確定好了采樣頻率，存儲深度以及步長等兒個關(guān)鍵指標，便可以精確地進行信號發(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。信號處理：所測有效值的計算方法如下。對AD釆集進來的數(shù)據(jù)，取整倍周期的樣本,做均方根處理，再做平均值計算，兩者相減，即可得到不含直流分量的正弦信號

有效值?？梢酝ㄟ^固定頻率的點頻方法測得特定點的響應(yīng)，也可也通過頻率步進得到一系列點的響應(yīng)，最終繪得響應(yīng)曲線。最終結(jié)果通過示波器與液晶共同顯示。點測與掃測：DDS產(chǎn)生正弦波的方案，我們存儲一個周期采樣點的幅值信息，通過改變步長來達到不同頻率輸出。在點頻方式下，我們輸出指定頻率的正弦波，并讀取響應(yīng)電壓信號，計算其有效值，即可知道所測網(wǎng)絡(luò)在特定頻率點的增益信息（幅頻特性）。在掃頻方式下，由于10Hz步進到1KHZ所需時間太長，而且參照我們需要完成的功能，我們加大步進量，以100Hz為步進長度，測出10~lKHz中的十個點，并通過插值等算法計算幅頻響應(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，擴展頻率范圍，以及可控增益兒部分。掃頻功能主要是對基礎(chǔ)的點測功能的擴展，應(yīng)用多次自動步進電測來得到幅頻響應(yīng)曲線。擴展頻率范圍主要是對DDS以及后級濾波的的加強要求，需要輸出波形無明顯失真?？煽卦鲆嬷恍鑳蓚€檔位，一個是另一個的十分之一，其中一

個檔位已經(jīng)由小系統(tǒng)板上的AD前級滿足，故我們選用繼電器來控制增益。參數(shù)計算DDS輸出我們需要頻率范圍從10Hz到lKHz,按照每周期最少點數(shù)計算得存儲深度為1024個點，那么我們?nèi)?0.24KHZ的采樣頻率后，所得輸出fcfc=10M=—*2NM為步長。濾波放大部分DAC直接輸出有效值為0.5V的正弦信號,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lOohm負載，要求輸出電流至少有0.1A以上，這對于DA來說負擔(dān)過重，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濾波放大電路被測網(wǎng)絡(luò)一階無源高通該網(wǎng)絡(luò)要求截止頻率為300Hz,通帶內(nèi)增益為OdB,計算得電容為lOOnF,電阻為5?3Kohm。104100nF5.3kOhm5.3kOhm圖2.3一階無源高通被測網(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,計算得電容為lOOnF,電容為7.96Kohm0

圖2.4二階有源低通被測網(wǎng)絡(luò)幅度測量幅度測量部分要求輸入阻抗大于lOKohm,響應(yīng)電壓幅值測量范圍處于20mVRMs~2VRMS之間，增加可控增益后，還可測量2mVRMS~200mVRMsoADC的輸入范圍為0~2.5V。2VRMs換算到幅值應(yīng)該對應(yīng)5.66Vpp,可知，2VRMs的上限遠大于ADC采集范圍的。需要對信號進行比例變換。同理，對于小幅值的測量當(dāng)同樣需對信號進行放大。對20mVRMs"2VRMs量程做四分之一倍增益，對2mVRMsM200mVRMS檔做十倍增益從而可以共享大幅值檔的通道。同時為了滿足采集范圍，還需對其抬升電平，使所有電壓信號處于正半周。其電平抬升以及初級增益調(diào)理功能在小系統(tǒng)板上完成。可控增益以及范圍增加等功能則放在外圍板中。JPJOCONI圖2.5幅度測量前級電路

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