简易频率特性测试仪.pptx

,2013年全国大学生电子设计竞赛作品交流 简易频率特性测试仪,电工电子科技创新中心,2019/4/18,目录,中心介绍 中心培训 作品介绍 作品总结,2019/4/18,中心简介,电工电子科技创新中心（即创新基地），是一个面向全校本科生的省级实践创新基地，其主要任务是：招收学有余力的学生并对其开展信息类技术技能的培训，组织和指导我校学生参加以电子信息类为主的重大学科竞赛，织组学生申报大学生科技创新项目并给予指导。,2019/4/18,2019/4/18,中心电赛综合培训室可以同时容纳33组培训,2019/4/18,中心材料室现有各类电子元器件5000余种，约10万余片,2019/4/18,中心培训加工间一角,我在中心三年的培训,基础训练（学习内容） 电子线路基础：数字电路、模拟电路 控制器：51单片机、MSP430、ARM Cortex M0、FPGA,我在中心三年的培训,我参加的比赛 大一： “炬力杯”单片机设计竞赛 该比赛由中心自主举办，是给大一新生的一个比赛。 通过这个 比赛，大一新生可以很快的学习到51单片机 的必要知识，了解基本的模拟电路、数字电路。 大二暑假：湖北省电子设计竞赛 大三：ADI中国大学生电子设计竞赛 大三暑假：“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛,国赛培训,培训简介 暑假进行 一周一题 教练组评测,竞赛培训,真题培训 宽带直流放大器 宽带数字示波器 数字信号传输性能分析仪 锁相放大器,竞赛培训,模拟题 BJT特性图示仪 乐音合成器 红外线测距仪 程控移相器,获奖作品介绍,作品简介,该系统采用 AD9854 产生两路正交信号扫频，扫频范围为 1MHz到40MHz，最小步进为 100kHz。 可测量幅频特性及相频特性，并显示特性曲线，其绝对精 度优于0.5dB、5。 显示部分采用自适应坐标轴 该系统还具有波形存储功能，自校准功能，波形缩放，光 标等多种功能。 待测网络为RLC串联谐振电路，其中心频率20MHz，有载 品质因数为4。,试题解析,1基本要求 制作一个正交扫频信号源。 频率范围为1MHz40MHz，频率稳定度10-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。,试题解析,1基本要求 正交信号相位差误差的绝对值5，幅度平衡误差的绝对值5%。 幅度平衡误差指正交两路信号幅度在同频点上的相对误差 影响相位的因素： 重构滤波器 缓冲运放 电路布局与走线 40MHz时，同轴电缆里的信号波长约为30M，一米的线长偏差将导致约12的相位偏差。,试题解析,1基本要求 信号电压的峰峰值1V，幅度平坦度5%。 信号电压放大 幅度补偿 DDS输出DAC一阶保持特性 重构滤波器不理想因素 运放高频衰减,试题解析,1基本要求 可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间2s。,2发挥部分 使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。 输入阻抗为50，输出阻抗为50； 可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值0.5dB，相频测量误差的绝对值5；数据显示的分辨率：电压增益0.1dB，相移0.1。,试题解析,2发挥部分 制作一个RLC串联谐振电路作为被测网络；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。 要求被测网络通带中心频率为20MHz，误差的绝对值5%；有载品质因数为4，误差的绝对值5%；有载最大电压增益-1dB； 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB带宽，频率数据显示的分辨率为100kHz； 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。,试题解析,试题解析,影响RLC网络的因素： 电感的选取：选取电感的好坏是能不能使该网络符合指标要求的一项重要因素。现有的电感从精度和取值上很难满足要求，故绕制电感。磁环的选取很关键，应选用高频磁环，以获得最好的响应。 回路电阻：应串联一个很小的电阻，该电阻可微调，使得有载品质因数为4。,系统整体介绍,理论分析,系统原理 设正交扫频信号源输出的信号为 1 = ， 2 = 设 V 1 经过待测网络后输出 V 3 =AK cos (t+) 其中K和为经过待测网络后的衰减和相移，也是最终需要测量的量。,理论分析,系统原理 经过乘法器后 V I =AK cos (t+) A cos t = A 2 K 2 cos +cos 2t+ V Q =AK cos (t+) A sin t = A 2 K 2 ( sin + sin (2t+) ),理论分析,系统原理 经过低通滤波后，滤除2高频分量，得到的直流分量为 I= A 2 K 2 cos Q= A 2 K 2 sin 由此可以解出 K= 2 A 2 I 2 + Q 2 =arctan Q I,理论分析,RLC网络设计 被测网络为RLC串联谐振电路。设电感为L，电容为C，电 阻为R， 为回路电阻。其中 =+ + 和 分别为频率特性测试仪的输出阻抗和输入阻抗。,理论分析,RLC网络设计 RLC网络的复阻抗 Z= 2 +( 1 ) 2 当= 1 时，复阻抗的模最小，发生串联谐振 则中心频率 f 0 = 0 2 = 1 2 1 ,理论分析,RLC网络设计 需要设计的被测网络中心频率为20MHz，则 LC= 1 4 2 0 2 =6.33 10 17 谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻 的比值称为 回路的有载品质因数Q，要求有载品质因数为4。 Q= 0 = 0 + + 已知 = =50，R0，Q=4，可以算出 = 0 3.18,理论分析,RLC网络设计 要求最大有载电压增益大于等于-1dB。 谐振时，有载电压增益最大。有载最大电压增益 ( ) =20 lg 2 + + =20 lg 2 0 1dB L3.57H,理论分析,RLC网络设计 综上所述3.18HL3.57H 设计电路： 取电感L=3.34H，用可调电容，将电容调节在19.8pF，使 谐振中心频率为20MHz，再调节电位器R，使有载品质因数Q 为4。,电路设计,正交扫频信号源,AD9854模块,RC高通滤波,50滤波网络的输入输出阻抗,采用7阶巴特沃斯低通滤波器 具有最平缓的响应特性,两级运放将滤波器隔离； 同时将信号放大，以满足对峰峰值的要求。 选用高输入阻抗、高带宽运放。,电路设计,乘法电路,待测网络,匹配电阻,W= 12)(12 +,作品测试及演示,正交信号源 频率稳定度测试 输出信号频率5MHz、35MHz。 正交信号相位差测试 注意：测量时将示波器调成交流耦合。 正交信号幅度平坦度测试,作品测试及演示,幅频特性测量 点频测量 频率分别设置为5MHz、35MHz。 自校准功能、光标功能 将测试线短接校准，排除线对测量结果的影响。 幅频特性曲线 显示网络的中心频率，上限截止频率和下限截止频率。 相频特性曲线,总结,优点 作品性能稳定，未出现崩程序、电路不稳、烧芯片的情况。这取决于扎实的焊工、简洁清晰的布线。关于布线须注意 以下几点： 1,走线尽可能短、布局要紧凑。 2,尽量不要飞线，走焊锡线最好。 3,使用同轴线的时候一定要做好阻抗匹配 5,发热发烫的芯片一定要做好散热工作，导热硅脂涂在散热片后放置在芯片