簡易頻率特性測(cè)試儀

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1、簡易頻率特性測(cè)試儀參賽隊(duì)員：李啟端徐青嚴(yán)雨陽指導(dǎo)老師：司峻峰摘要本頻率特性測(cè)試儀采用DDS芯片AD9854產(chǎn)生穩(wěn)定的正交信號(hào)源，通過正交調(diào)制的方式完成對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)頻和線性掃頻測(cè)量，并采用彩色液晶進(jìn)行數(shù)字化的圖形顯示。1系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)采用場(chǎng)效應(yīng)管CSD19535作為可變負(fù)載，使用10mΩ采樣電阻做電流監(jiān)控，同時(shí)將電流轉(zhuǎn)換為電壓。通過使用OPA2350運(yùn)算放大器比較DAC8571產(chǎn)生的控制電壓信號(hào)和采樣電阻上產(chǎn)生的電壓，并將輸出用于控制場(chǎng)效應(yīng)管，形成負(fù)反饋的

2、結(jié)構(gòu)從而達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定電流的目的。使用INA210放大采樣電阻上的電壓并使用ADS1110測(cè)量這一電壓從而得到實(shí)際的電流，使用10倍的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)將負(fù)載端電壓分壓后使用ADS1251測(cè)量負(fù)載電壓。1.1場(chǎng)效應(yīng)管的控制方案由于在采樣電阻上的電壓非常小，按題目需求，工作電流最大值為1A，即采樣電阻上的電壓范圍為0-10mV。直接將DAC產(chǎn)生的電壓與采樣電阻上的電壓比較是不可能的，必須放大采樣電阻上的電壓或者是對(duì)DAC上產(chǎn)生的電壓做衰減。方案1：衰減DAC的電壓。衰減DAC的電壓后，DAC的有效位數(shù)不會(huì)

3、損失，選擇DAC8571并使用REF3320（2.048V串聯(lián)電壓基準(zhǔn)），衰減倍數(shù)應(yīng)當(dāng)為2.048V/10mV=204.8倍。為充分留有余量，此方案能保留DAC的有效位數(shù)，但要求運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓小，偏置電壓小，失調(diào)電流小才能得到較好的效果，同時(shí)只用一級(jí)運(yùn)放做控制可以減小壓擺率和傳輸延遲帶來的震蕩危險(xiǎn)。方案2：放大采樣電阻上的電壓。使用該方案將采樣電阻上的電壓放大了204.8倍后也能達(dá)到目的，但這要求在采樣電阻與運(yùn)放之間增加一級(jí)放大電路，從而延遲提高，使得在壓擺率不夠的情況下產(chǎn)生很大的紋波。因

4、此采用方案1。1.2電流測(cè)量方案方案1：使用霍爾效應(yīng)傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器利用霍爾效應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換為電壓，但是外圍電路負(fù)責(zé)，適合使用在大電流的隔離檢測(cè)中。方案2：使用采樣電阻和差分放大器INA210。該方案簡單可靠，而且使用差分電壓可以選擇接在高測(cè)測(cè)量，也可以在低測(cè)測(cè)量?？紤]時(shí)間和電路整體簡化，采用方案2.1.3電壓測(cè)量與過壓保護(hù)方案方案1：使用ADS1251直接測(cè)量負(fù)載端電壓，將電壓反饋給單片機(jī)由單片機(jī)控制電路關(guān)斷。方案2：使用比較器比較負(fù)載端電壓與閾值電壓，直接控制場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷達(dá)到目的。相比之

5、下方案2反應(yīng)速度快，但是閾值電壓需要額外的電路做提供，增加了復(fù)雜度。考慮到時(shí)間問題選用方案1。1.4散熱及過熱保護(hù)CSD19535的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出熱阻為62.5℃/W，在最大功率18W時(shí)顯然會(huì)燒壞，所以使用散熱片散熱的同時(shí)還使用散熱風(fēng)扇達(dá)到散熱的目的。實(shí)際上應(yīng)當(dāng)采用溫度測(cè)量芯片監(jiān)控工作溫度和保護(hù)電路。但由于時(shí)間關(guān)系無法做出?？紤]在實(shí)際工作時(shí)測(cè)量出加裝散熱保護(hù)時(shí)的工作溫度，在軟件中通過控制功率的方法來達(dá)到目的。2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1降低噪聲的方法由于本題的題目要求為制作直流電子負(fù)載，所以使用濾波

6、電路控制增益帶寬會(huì)獲得很好的信噪比。我們使用雙運(yùn)放搭建3階Sallen-key拓?fù)淝斜妊┓虻屯V波器達(dá)到目的。2.2運(yùn)放與放大倍數(shù)選擇考慮在采樣電阻上會(huì)產(chǎn)生0-10mV的電壓，而ADS1110工作在2.048V的參考電壓下，所以選擇使用200倍的放大倍數(shù)。為了保證最好的跟隨，在小電壓電路中使用偏置電壓低的OPA2335搭建相應(yīng)電路。而在輸入阻抗大的電路中使用低失調(diào)電流的OPA2340搭建電路。3電路設(shè)計(jì)與軟件方案1.電路設(shè)計(jì)電流檢測(cè)電路電流控制電路電壓檢測(cè)電路2．軟件設(shè)計(jì)此題目的軟件不復(fù)雜。主要

7、完成電路的設(shè)置和顯示。4電路測(cè)量數(shù)據(jù)負(fù)載電壓測(cè)量預(yù)設(shè)電流（mA）100200300400500600700800900顯示電壓（V)4.8484.7564.5424.4964.2424.0673.9943.8203.744實(shí)際電壓(V)4.8584.7144.5704.4254.2814.1364.0413.9063.763負(fù)載電流測(cè)量預(yù)設(shè)電流（mA）100200300400500600700800900顯示電流（mA)102203301400499598666757855實(shí)際電流(mA)100

8、200300400499600666758856負(fù)載調(diào)整能力預(yù)設(shè)電流（mA）100200300400500600700800900實(shí)際電流(mA)100200299398398599664756854電流變化(mA)（電壓變化10V）2.722.73.42.83.12.42.73.3