简易电路特性测试仪设计

康 惠

（山东现代学院，济南 250104）

1 电路原理分析

采用放大法测量输入电阻。设放大电路的闭环放大倍数为K，在输入端加入信号源Us调整信号幅度不使输出波形失真。当开关S闭合时，测量输出电压的值记为Uo1，当开关S断开时，测量输出电压的值记为Uo2，则可得出输入电阻的值。既保持了电压的稳定性，且测量方法较为简单，故采用方案三测量输入电阻阻值。

1.1 输出电阻测量

对于任何一个放大电路，其输出我们都可以用有内阻的电压源等效代替，从输出端看进去的等效内阻即为电路输出电阻。因此想要测量输出电阻，可以先将输出端置为空载，测量得到输出电压有效值Uo，然后在输出端再接入一个精密电阻RL，测出此时的输出电压有效值Uo’，进而可以得出输出电阻。

1.2 幅频特性

通过放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系，我们可以得出幅频特性曲线。分析发现，在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值也出现明显下降。当放大倍数的数值等于0.707Au时，对应的频率值称为下限截止频率fL。另一方面，如果信号频率上升到一定程度，则放大倍数的数值也将出现减小。此时放大倍数的数值等于0.707Au的频率值，称之为上限截止频率fH。通过单片机，无法绘制出完整的幅频特性曲线，因此可通过显示不同信号频率对应的增益来表示。

1.3 电路故障检测

R1、R2开路：当R1或R2开路时，输入电阻必将发生改变，若R1开路，则输入电阻约为15K（R2阻值）；若R2开路，则输入电阻约为43K（R1阻值）。因此可通过测量输入电阻的阻值来判断R1、R2是否开路。

R1、R2短路：若R1、R2中有一个短路或者全部短路，输入电阻都为0。具体判断是R1还是R2短路，则需测量输出电压大小。当R2短路时三极管截止，输出电压通过一个上拉电阻上拉到12v；当R1短路时，三极管工作在饱和区，由于R3上有一个直流偏置的压降，输出电压约为11V。因此可通过测量输出电压的值来判断R1、R2是否短路。

R3短路：R3短路的情况与R2短路相似，但R3短路时输入电阻不变且输出电压为12V，输出电阻为0。由此可判断R3的短路情况。

R3开路：R3开路时输入电阻不变，但输出电压接近于0V。由此可判断R3的开路情况。

R4短路：R4为控制输出偏置的电阻，改变R4输出偏置将发生变化。若R4短路，则输出波形将变成以0为偏置的半波正弦波，通过测量输出波形的峰峰值和平均值，即可判断R4的短路情况。

R4开路：R4开路的情况与R3短路相似，此时电路的特征为输入电阻不变且输出电压为12V，但R4开路时的输出电阻与R3短路时不同，输出电阻为2K。由此可判断R4的开路情况。

2 理论分析与参数计算

2.1 信号源模块

芯片AD9850能实现编程控制的全数字频率合成器及时钟发生器，其内部包括可编程DDS系统、高速比较器和高性能DAC。通过连接精密时钟源和AD9850，即可获得一个频率和相位都编程可控、频谱纯净的模拟正弦波输出，此正弦波可直接作为信号源输出使用。AD9850接口控制简单，可以通过8位并行口或串行口直接输入相位、频率等控制数据。

2.2 衰减网络

由于放大器输出的电压大于5V，若使用单片机测量输出电阻则需将电压降低为0～3.3V或0～5V，因此先将放大器的输出电压进行分压。衰减网络，又称为分压电路，用电阻构成的分压电路。

2.3 峰值检波电路

峰值检波器是一个可记录信号的电路，其输出电压的大小随输入信号的峰值而变化，而且保持在输入信号的最大峰值。

3 总体电路图

图1 总体电路图

4 程序设计

程序主要分为三部分。首先，单片机入端控制继电器，然后使用AD对输出端进行采样，算得输入电阻。其次，还是通过控制输出端继电器和AD，求解输出电阻。然后采样输出电压，计算增益。最后使用单片机控制DDS模块产生扫描信号、AD采样输出电压、数据处理、描点画频幅特性曲线。

5 系统测试分析

通过测试，电路特性测试仪可以实现输出1kHz正弦波信号，并完成对放大电路的增益、输入电阻、输出电阻特性的自动测量。输入电阻测量范围1kΩ～50kΩ，输出电阻测量范围500Ω～5kΩ，相对误差的绝对值均不超过10%，符合基本要求。