题目分析:根据题目要求做一个可判断三极管故障的装置

图片1 

图1

一、测量的原理

1.放大器的输入电阻求法:“串联电阻”法。

 

                                                                    图2放大器输入等效图

由此可求得放大器输入阻抗。                              (1-1)

    注意:调试时要用示波器监视输入放大器的波形,保证在信号不失真的条件下进行测量。

2.放大器的输出电阻求法:“带载空载”法(乱编的)

                                      

                                                                                         图3放大器输出等效图

由此可得放大器的输出阻抗。                          (1-2)

Uo为输出不带载测试的电压,UL为输出带载测试的电压。

 

 二、波形幅值的选取与获得

1.幅值的选择:

根据仿真结果显示,输入的正弦信号为20mvpp或者低于20mvpp最好,输入正弦波的幅值过大,容易引起输出波形的失真。

2.信号的获取:

(1):stm32直接dac输出正弦波。

(2):通过ICL8038信号发生器输出正弦波。

(3):STM32+DDS模块输出正弦波。

我这里选择的是方案三,STM32F1+AD9833

具体电路图如下:

                                                    QQ截图20191102170937 

图4

AD9833内部带有200欧负载,输出620mvpp正弦波,通过衰减31倍得到20mvpp的正弦波,根据示波器显示信号的有效值为7.07mv。满足要求。

 

三、正弦波信号有效值的获取与直流偏执电压的获取

获取有效值的方法:

(1)用有效值检波芯片AD637或者AD8361/AD8362                                                     

(2)用峰值检波电路,电路图如下:

QQ截图20191102171022 

图5

(3)通过IIR滤波器获得正弦信号有效值

具体解释:   https://wenku.baidu.com/view/2ca16e998bd63186bcebbcc5.html

(4)利用STM32单片机的adc采集出正弦信号的峰峰值,进而获取信号的有效值。

以上几种方案各有优劣势,根据具体电路,AD9833输出的正弦波带有直流偏执,Vi也有直流偏执,Vo也有直流偏执,所以综上方案,选取方案四。单片机选取STM32F407。

 

四、输入电阻的测量

根据式(1-1),Vs的值是固定的,只需求取Vi的有效值即可进行输入电阻的计算与测量,由于Vi的有效值只有5mv左右,所以需将它放大100倍,再去测量,放大电路的放大器选择的是精密运放OP37,

具体电路图如下:

QQ截图20191102171051 

图6

放大后的信号送入STM32的adc进行采集,来获取有效值与直流偏执电压,根据式(1-1)计算出输入电阻Ri。

QQ截图20191102171133 

图7

根据方案4求得的输入电阻较为准确且波动不大,满足题目要求。

QQ截图20191102171202 

图8

注意:第一列数据为Vi的有效值(mv),第二列为输入电阻(欧),第三列为输入直流偏执(mv)。

可以看出vi的有效值波动不大,最大0.02mv的误差,此方法较为精确。

 

四、输出电阻的测量

根据式(1-2)来测量输入电阻,由仿真知放大器的输出端是2.4vpp的正弦波带有7.4v的直流偏执,测量输出端正弦信号的有效值选用方案4。

输出端具体电路图如下:

QQ截图20191102171223 

图9

通过PB1的控制。即可切换输出带载与空载不同模式。

 

输出端信号调理电路如下:

QQ截图20191102171242 

图10

电路的输出为0.8vpp的正弦波带有0.46v的直流偏执,利用图7的程序可以很好,非常精确的采集到输出端的电压,获取输出的正弦信号的有效值与直流偏执,再求得Ro。

 

四、故障判断

根据上面求得的输入阻抗,输入电压有效值,输入直流偏执,输出阻抗,输出电压有效值,输出直流偏执可以很好地判断出题目要求的故障。

QQ截图20191102171309 

图11

 

C3的判断是输出400khz的正弦波,去比较Av。

所有故障判断在2s内能快速判断出来,达到要求。

 

调试总结:对于运放芯片的选型要掌握好,什么时候用FET运放,什么时候用低噪声精密运放,什么时候用宽带运放,电阻值的大小也要注意,输入信号有效值只有5.1mv左右,不可选取过大的电阻,电阻的热噪声会对信号产生不必要的干扰。PCB板的走线与地层都是要特别注意的,信号线要尽量的短。电源的噪声也不能太大,所以通常选择线性电源,并且在运放的电源引脚要放置去耦电容(0.1uf和10uf电容)。

不足之处:没有合理地处理好噪声,还有信号的滤波。