簡易電路特性儀的簡單實現

高揚　曹源　黃觀　陳余壽

【摘 要】本系統電路主要由待測放大電路以及峰值檢測電路、電壓調理電路、隔直電路、信號發生電路構成的電路特性測試儀組成。單片機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。

【關鍵詞】峰值檢測;信號發生;故障判斷

1.設計方案工作原理

1.1預期實現目標定位

本題目主要任務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生故障時做出判斷并顯示故障原因。

1.2技術方案分析

（1）正弦波產生方式選擇

采用DDS。DDS是一個靈活的多用途數字式信號調制與信號合成發生器，可以產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進行加減計算。此方案計算較為容易，信號干擾小，可控。

1.3系統結構工作原理

本系統主要由待測試電路及其周邊電路構成的電路特性測試儀構成。單片機控制DDS產生正弦波信號經放大電路放大輸出。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.核心部件電路設計

2.1電路結構工作機理

（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過峰值檢測電路輸出單極性直流信號可輸入單片機檢測。

（3）輸入電阻測量

輸入電阻測量電路由DDS產生正弦波信號降壓后輸入進放大電路，在待測電路前串聯電阻，分別測電阻兩端電壓可根據分壓計算出待測電路輸入電阻，檢測電壓為小信號，經放大器放大并通過峰值檢測輸入單片機進行計算。

（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切換分別測量帶負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過峰值檢測電路輸入進單片機計算，相減可得到直流信號。

2.2參數計算

（1）待測放大電路分析計算，如圖1

①靜態分析

放大電路的靜態工作點計算如下：

②動態分析

考慮電容容抗計算輸入輸出電阻理論值，公式如下：

③電阻故障分析

（2）實際輸入電阻計算

（9）

（3）實際輸出電阻及輸出電壓計算

（10）

3.系統軟件設計分析

系統總體軟件設計包括：初始化、參數檢測、故障判斷和顯示模塊

4.仿真及硬件實現

4.1設計分析軟件環境

（1）仿真軟件：Multisim14.0、proteus8.0

（2）程序編寫環境：CodeComposerstudio8.1.0

4.2儀器設備硬件平臺

數字示波器、直流穩壓電源、數字信號發生器、數字萬用表

5.作品成效總結分析

5.1系統測試性能指標

（1）基礎部分

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：

[1]康華光編著.《電子技術基礎》.北京：高等教育出版社.2013.12.

[2]黃智瑋編著﹒《全國大學生電子設計競賽系統設計》.北京：北京航空航天大學出版社.2011.01.

（作者單位：南京師范大學）