題目分析:根據題目要求做一個可判斷三極管故障的裝置

圖片1 

圖1

一、測量的原理

1.放大器的輸入電阻求法:“串聯電阻”法。

 

                                                                    圖2放大器輸入等效圖

由此可求得放大器輸入阻抗。                              (1-1)

    注意:調試時要用示波器監視輸入放大器的波形,保證在信號不失真的條件下進行測量。

2.放大器的輸出電阻求法:“帶載空載”法(亂編的)

                                      

                                                                                         圖3放大器輸出等效圖

由此可得放大器的輸出阻抗。                          (1-2)

Uo為輸出不帶載測試的電壓,UL為輸出帶載測試的電壓。

 

 二、波形幅值的選取與獲得

1.幅值的選擇:

根據仿真結果顯示,輸入的正弦信號為20mvpp或者低于20mvpp最好,輸入正弦波的幅值過大,容易引起輸出波形的失真。

2.信號的獲?。?/span>

(1):stm32直接dac輸出正弦波。

(2):通過ICL8038信號發生器輸出正弦波。

(3):STM32+DDS??槭涑穌也?。

我這里選擇的是方案三,STM32F1+AD9833

具體電路圖如下:

                                                    QQ截圖20191102170937 

圖4

AD9833內部帶有200歐負載,輸出620mvpp正弦波,通過衰減31倍得到20mvpp的正弦波,根據示波器顯示信號的有效值為7.07mv。滿足要求。

 

三、正弦波信號有效值的獲取與直流偏執電壓的獲取

獲取有效值的方法:

(1)用有效值檢波芯片AD637或者AD8361/AD8362                                                     

(2)用峰值檢波電路,電路圖如下:

QQ截圖20191102171022 

圖5

(3)通過IIR濾波器獲得正弦信號有效值

具體解釋:   https://wenku.baidu.com/view/2ca16e998bd63186bcebbcc5.html

(4)利用STM32單片機的adc采集出正弦信號的峰峰值,進而獲取信號的有效值。

以上幾種方案各有優劣勢,根據具體電路,AD9833輸出的正弦波帶有直流偏執,Vi也有直流偏執,Vo也有直流偏執,所以綜上方案,選取方案四。單片機選取STM32F407。

 

四、輸入電阻的測量

根據式(1-1),Vs的值是固定的,只需求取Vi的有效值即可進行輸入電阻的計算與測量,由于Vi的有效值只有5mv左右,所以需將它放大100倍,再去測量,放大電路的放大器選擇的是精密運放OP37,

具體電路圖如下:

QQ截圖20191102171051 

圖6

放大后的信號送入STM32的adc進行采集,來獲取有效值與直流偏執電壓,根據式(1-1)計算出輸入電阻Ri。

QQ截圖20191102171133 

圖7

根據方案4求得的輸入電阻較為準確且波動不大,滿足題目要求。

QQ截圖20191102171202 

圖8

注意:第一列數據為Vi的有效值(mv),第二列為輸入電阻(歐),第三列為輸入直流偏執(mv)。

可以看出vi的有效值波動不大,最大0.02mv的誤差,此方法較為精確。

 

四、輸出電阻的測量

根據式(1-2)來測量輸入電阻,由仿真知放大器的輸出端是2.4vpp的正弦波帶有7.4v的直流偏執,測量輸出端正弦信號的有效值選用方案4。

輸出端具體電路圖如下:

QQ截圖20191102171223 

圖9

通過PB1的控制。即可切換輸出帶載與空載不同模式。

 

輸出端信號調理電路如下:

QQ截圖20191102171242 

圖10

電路的輸出為0.8vpp的正弦波帶有0.46v的直流偏執,利用圖7的程序可以很好,非常精確的采集到輸出端的電壓,獲取輸出的正弦信號的有效值與直流偏執,再求得Ro。

 

四、故障判斷

根據上面求得的輸入阻抗,輸入電壓有效值,輸入直流偏執,輸出阻抗,輸出電壓有效值,輸出直流偏執可以很好地判斷出題目要求的故障。

QQ截圖20191102171309 

圖11

 

C3的判斷是輸出400khz的正弦波,去比較Av。

所有故障判斷在2s內能快速判斷出來,達到要求。

 

調試總結:對于運放芯片的選型要掌握好,什么時候用FET運放,什么時候用低噪聲精密運放,什么時候用寬帶運放,電阻值的大小也要注意,輸入信號有效值只有5.1mv左右,不可選取過大的電阻,電阻的熱噪聲會對信號產生不必要的干擾。PCB板的走線與地層都是要特別注意的,信號線要盡量的短。電源的噪聲也不能太大,所以通常選擇線性電源,并且在運放的電源引腳要放置去耦電容(0.1uf和10uf電容)。

不足之處:沒有合理地處理好噪聲,還有信號的濾波。