國芳　夏帥

摘要：應(yīng)用MAX038設(shè)計(jì)了頻率量程可調(diào)、可步進(jìn)的正弦信號(hào)發(fā)生電路，通過精密整流電路對(duì)電壓和電流等模擬量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字處理器通過對(duì)電壓和電流信號(hào)的采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)阻抗值的檢測(cè)。以LM358為核心的比較電路可將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為便于頻率和相位檢測(cè)的方波信號(hào)，選用飛思卡爾的K10單片機(jī)作為數(shù)字處理器。

關(guān)鍵詞：MAX038；精密整流；相位檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）34-8298-02

網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀用于檢測(cè)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的阻抗值和阻抗角，并在數(shù)碼管或液晶屏上顯示。由于測(cè)試信號(hào)電壓低、頻率高，傳統(tǒng)的電路無法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀。該文設(shè)計(jì)的測(cè)試儀包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件電路包括信號(hào)產(chǎn)生電路、精密整流電路、頻率和相位檢測(cè)電路等，軟件設(shè)計(jì)則實(shí)現(xiàn)對(duì)阻抗值的檢測(cè)、頻率和相位的檢測(cè)等，并將測(cè)試結(jié)果顯示出來。測(cè)試儀的原理圖如圖1所示。

1信號(hào)發(fā)生電路

信號(hào)發(fā)生電路是網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的輸入，為保證網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)檢測(cè)的精確度，要求輸出幅值穩(wěn)定、寬頻率范圍的正弦信號(hào)。常采用DDS模塊或者專用集成函數(shù)發(fā)生芯片完成，DDS模塊使用方便、操作簡單，但頻率在20-30MHz后諧波越來越大，波形畸變率加大。MAX038是一款美信公司產(chǎn)生多種函數(shù)信號(hào)的專門器件，可精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波、正弦波等信號(hào)，頻率范圍從0.1Hz～20MHz，最高可達(dá)40MHz，占空比調(diào)節(jié)范圍寬，波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，能直接輸出幅度為2VP－P的電壓，價(jià)格較DDS模塊低。該文采用MAX038產(chǎn)生測(cè)試所用的正弦信號(hào)，輸出頻率范圍為1～200kHz，并可實(shí)現(xiàn)四個(gè)量程的自由切換。所設(shè)計(jì)的電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)頻率的量程選擇和步進(jìn)控制，應(yīng)用繼電器改變接入COSC端的電容值可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出頻率的量程控制，而頻率的步進(jìn)控制則通過改變IN端的電壓值實(shí)現(xiàn)。

2模擬量檢測(cè)電路

通過對(duì)輸出電壓和電流幅值的檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻抗值的測(cè)量，由于模擬量信號(hào)幅值較小但頻率較高，常用的模擬量信號(hào)檢測(cè)電路并不適用于此系統(tǒng)。該文采用精密整流電路提高系統(tǒng)模擬量信號(hào)檢測(cè)的精度[1]。由于二極管的伏安特性在小信號(hào)時(shí)處于截止或特性曲線的彎曲部分，一般利用二極管的單向?qū)щ娦詠斫M成整流電路，在小信號(hào)檢波時(shí)輸出端將得不到原信號(hào)（或使原信號(hào)失真很大）。如果把二極管置于運(yùn)算放大器組成的負(fù)反饋環(huán)路中，就能大大削弱這種影響，提高電路精度，這就是采用精密整流電路提高模擬量檢測(cè)精度的原理。

3頻率與相位檢測(cè)

電壓和電流信號(hào)均為高頻正弦信號(hào)，直接對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行頻率和相位的檢測(cè)比較復(fù)雜，該文給出了一種頻率、相位高精度的檢測(cè)方法。模擬量信號(hào)通過圖2所示的正弦信號(hào)比較電路，將雙極性的正弦信號(hào)整形為單極性的方波信號(hào)[2]，方波信號(hào)進(jìn)入處理器，通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和相位的高精度檢測(cè)。

通過檢測(cè)并記錄1s內(nèi)的方波出現(xiàn)的高電平次數(shù)，得到脈沖個(gè)數(shù)，數(shù)字處理器通過檢測(cè)到的脈沖的個(gè)數(shù)，完成頻率的測(cè)量，并將頻率值通過數(shù)碼管顯示，完成信號(hào)頻率的測(cè)試。而相位的檢測(cè)則復(fù)雜一些[3]，相位檢測(cè)的原理如圖3所示。

電壓（a）通過被測(cè)網(wǎng)絡(luò)前后的電流波形（b）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相位差，通過對(duì)a和b兩個(gè)波形異或得到波形c，再令c和a相與，最終得到d。d圖中高電平部分即所求的相位差，利用數(shù)字處理器內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)高電平時(shí)間的檢測(cè)，高電平的時(shí)間比上周期即得相位。

4軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括模擬量采集、頻率和相位檢測(cè)、量程選擇、步進(jìn)控制、按鍵掃描及顯示輸出等部分組成，其中，頻率和相位檢測(cè)是軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。簡易網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的軟件流程框圖如圖4所示。

5實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論

表1的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該文設(shè)計(jì)的簡易網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀可以滿足對(duì)簡單無源網(wǎng)絡(luò)阻抗值、相位的檢測(cè)。以MAX038為核心的信號(hào)發(fā)生電路可按照測(cè)試電路的要求產(chǎn)生相應(yīng)頻率的正弦信號(hào)，精密整流電路提高了阻抗值測(cè)量的準(zhǔn)確度。頻率和相位的檢測(cè)采用數(shù)字方法檢測(cè)，保證了檢測(cè)的精度。

參考文獻(xiàn)：

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