基于简易电路特性测试仪系统设计
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【摘要】本设计采用STM32F407微控制器，TI公司的运放等制作一台简易电路特性测试系统，本设计利用精密整流滤波电路将交流信号转化成直流电信号送入单片机A/D，测量出自建正弦信号发生电路输出的电压与被测电路净输入电压的值从而计算出电路的输入电阻以及测放大电路在不同负载时的输出电压，计算出电路输出电阻，电路输出值比上净输入值即为该电路的增益，将信号频率线性改变，电路的增益变化两者的关系为该电路的幅频特性，根据A]量电路特性发生改变，可以判断出电路中故障的位置。
【关键词】精密整流 输入输出电阻 幅频特性
一、方案总体描述
本系统主要有：信号发生电路，信号衰减电路，信号放大电路，精密整流滤波电路，负载切换电路，信号转换电路，单片机检测控制显示电路以及电源电路构成，系统整体設计如图一所示：
正弦波信号发生电路设计
由集成运算放大器组成RC桥式正弦波振荡器，当中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时作为选频网络，加入二极管等元件构成负反馈和稳幅环节，调节反馈电阻，可改变负反馈深度，从而满足振荡的振幅条件和波形改善，达到改善波形失真的目的。本设计中为桥式正弦波振荡器，其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，选频网络中的电阻与电容的值均相等及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节，调节可变电阻即，可以改变负反馈的深度，从而满足振荡的振幅条件和改善波形。采用两个反向并联二极管正向电阻的非线性特性来实现稳幅。稳幅二极管采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。在二极管两端并上一电阻可削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真，电路振荡频率：f=1/2IIRC。
信号衰减电路
根据反比例运算放大器的原理，按比例设置反馈电阻与反相输人端连接的电阻将信号进行衰减，有运放将两级隔离，基本不影响后级放大电路输入电阻的测量，按比例设置反馈电阻与反相输入端连接的电阻将信号进行衰减，有运放将两级隔离，基本不影响后级放大电路输入电阻的测量本设计中衰减100倍。
被测电路输入信号放大幅值检测电路
利用集成运放构成的放大电路将信号放大，再将输入信号经过精密整流滤波电路转换成直流信号传送给单片机AID进行输入信号幅值测量，避免二极管管压降带来测量的误差且集成运放构成的放大电路简单且放大倍数便于设置。
二、输出电阻测量
在输出端接上分别接上不同阻值的两个负载，分别检测出电压值可以计算出输出电阻的大小。
2.1 被测电路输入电阻分析技术。被测电路输入电阻的测量可根据电阻分压定理来测量原理测出信号源Us电压与放大电路净输入信号Ui幅值，外接RS为已知电阻根据电压分压原理可计算出被测电路输入电阻=Ui/Us-Ui*Rs。
2.2 放大电路输出电阻分析技术。被测放大电路输出电阻Rs的测量可根据戴维南定理测量断开负载电阻测出Vs即放大电路未接人负载时的电压，然后将负载接人放大电路寄俞出端记为uab，负载电阻RL已知量，由此推算出放大器输出电阻Rs=RL/uab*VS-RL
2.3 放大电路增益分析。测得的放大电路输出信号与净输入信号的幅值的比值即为该电路的增益Au（dB）=201g[Vo/Vi]。
2.4 放大电路幅频特性的分析。调整振荡器的频率，从0hz开始递增频率记录下每一次频率值与放大电路输出幅度的值，将每一次改变频率对应的幅度在坐标轴上标明，每一个点连接起来即为该放大电路的幅频特性曲线。
2.5 故障分析。R1开路放大电路无基极偏置电压三极管进入截止区，输出接近于直流12v，R1短路基极偏置电压过高导致三极管进入饱和区，不能正常放大信号，R2短路后输入信号到地无交流信号输出，R3短路输出为12v直流电压，R3开路无输出电压，R4开路输出为12v直流电压，c1开路无交流信号输出，c2开路该电路放大能力减小，输出信号小。
三、电路与程序设计
3.1 精密整流滤波电路设计。如图二中的电路所：示，U2A及外围电路构成正半波输入2倍压反相整流放大电路，U2B为滤波电路。
3.2 信号转换电路设计。通过电压比较器将正喜波变换成方波信号送入单片机进行频率测量。
3.3 程序设计。本系统中单片机主控检测模块显示主要实现的功能：放大电路净输入信号幅值检测从而计算出输入电阻、放大电路输出信号幅检测计算出输出电阻，电路增益的计算，故障检测，扫频模式的设置和频谱图绘制及显示，信号的频率与幅值，电路增益，故障显示。程序流程：1、开始，采样输入两端电压根据戴维南定理计算输入电阻，显示输入电阻。2、采样输出两端电压计算输出电阻，显示输出电阻，计算增益，测量频率与输出电压的关系，3、故障检测、根据测得的输入输出电阻和幅频特性显示出故障部位。
四、系统测试
本系统采用分压式偏置电路为测试对象，测试结果：输入输出电阻，电路增益，伏频特性曲线与电路理论计算置的偏差率分别为90.1%，92.1%，85%。
五、结束语
从上述系统测试的结果可以看出该系统基本能实现某电路输入输出电阻的测量，增益的测量，电路幅频特性，基本能判断出电路中故障范围。
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