简易电路特性仪的简单实现

高扬　曹源　黄观　陈余寿

【摘 要】本系统电路主要由待测放大电路以及峰值检测电路、电压调理电路、隔直电路、信号发生电路构成的电路特性测试仪组成。单片机分别通过判断输入电阻、输出电阻、输入电压、输出电压、电压增益及幅频特性来判断电路故障并显示故障原因。

【关键词】峰值检测;信号发生;故障判断

1.设计方案工作原理

1.1预期实现目标定位

本题目主要任务为制作电路特性测试仪测试被测电路的输入输出电阻、增益以及幅频特性，并且能够在电路中任意一个元件发生故障时做出判断并显示故障原因。

1.2技术方案分析

（1）正弦波产生方式选择

采用DDS。DDS是一个灵活的多用途数字式信号调制与信号合成发生器，可以产生几十赫兹到几千赫兹的正弦波，切换频率时间短，输出频率带宽大且便于控制，可以进行扫频。

（2）输出直流信号采集方式

输出端分两路信号输出，电容隔直输出交流信号，直接输出为交直流信号，两路信号均送入单片机进行加减计算。此方案计算较为容易，信号干扰小，可控。

1.3系统结构工作原理

本系统主要由待测试电路及其周边电路构成的电路特性测试仪构成。单片机控制DDS产生正弦波信号经放大电路放大输出。电路特性测试仪分别测出电路的输入电阻、输出电阻、电压增益、输出电压、上下限频率用于分辨电路故障原因。

2.核心部件电路设计

2.1电路结构工作机理

（1）待检测放大电路

（2）峰值检测电路

峰值检测电路中交流信号经过峰值检测电路输出单极性直流信号可输入单片机检测。

（3）输入电阻测量

输入电阻测量电路由DDS产生正弦波信号降压后输入进放大电路，在待测电路前串联电阻，分别测电阻两端电压可根据分压计算出待测电路输入电阻，检测电压为小信号，经放大器放大并通过峰值检测输入单片机进行计算。

（4）输出电阻及交直流电压测量

输出测试电使用继电器开关切换分别测量带负载时输出电压及空载时输出电压。输出电压为交直流信号，经电容隔离直流信号可测得交流信号，将两路输出信号分别经过峰值检测电路输入进单片机计算，相减可得到直流信号。

2.2参数计算

（1）待测放大电路分析计算，如图1

①静态分析

放大电路的静态工作点计算如下：

②动态分析

考虑电容容抗计算输入输出电阻理论值，公式如下：

③电阻故障分析

（2）实际输入电阻计算

（9）

（3）实际输出电阻及输出电压计算

（10）

3.系统软件设计分析

系统总体软件设计包括：初始化、参数检测、故障判断和显示模块

4.仿真及硬件实现

4.1设计分析软件环境

（1）仿真软件：Multisim14.0、proteus8.0

（2）程序编写环境：CodeComposerstudio8.1.0

4.2仪器设备硬件平台

数字示波器、直流稳压电源、数字信号发生器、数字万用表

5.作品成效总结分析

5.1系统测试性能指标

（1）基础部分

①电路特性测试仪输出正弦波信号频率1kHz

②电路特性测试仪输出正弦波信号频率1kHz

③在输入1kHz频率时的电压增益

电压增益理论值为150.00，电压增益测量值为150.06，相对误差为0.04%。

④幅頻特性测试

上限频率理论值为87kHz，上限频率测量值为83kHz，相对误差为4.60%。

（2）发挥部分

①电阻故障测试

部分电阻故障能够检测并显示

②电容故障测试

部分电容故障能够检测并显示

参考文献：

[1]康华光编著.《电子技术基础》.北京：高等教育出版社.2013.12.

[2]黄智玮编著﹒《全国大学生电子设计竞赛系统设计》.北京：北京航空航天大学出版社.2011.01.

（作者单位：南京师范大学）