简易频率特性测试仪.doc

简易频率特性测试仪参赛队员：李启端 徐青 严雨阳指导老师：司峻峰 摘要 本频率特性测试仪采用DDS芯片AD9854产生稳定的正交信号源，通过正交调制的方式完成对被测网络的幅频和相频特性测量，能够实现对被测网络的点频和线性扫频测量，并采用彩色液晶进行数字化的图形显示。1 系统方案本设计采用场效应管CSD19535作为可变负载，使用10m采样电阻做电流监控，同时将电流转换为电压。通过使用OPA2350运算放大器比较DAC8571产生的控制电压信号和采样电阻上产生的电压，并将输出用于控制场效应管，形成负反馈的结构从而达到自动稳定电流的目的。使用INA210放大采样电阻上的电压并使用ADS1110测量这一电压从而得到实际的电流，使用10倍的电阻分压网络将负载端电压分压后使用ADS1251测量负载电压。1.1场效应管的控制方案由于在采样电阻上的电压非常小，按题目需求，工作电流最大值为1A，即采样电阻上的电压范围为0-10mV。直接将DAC产生的电压与采样电阻上的电压比较是不可能的，必须放大采样电阻上的电压或者是对DAC上产生的电压做衰减。方案1：衰减DAC的电压。衰减DAC的电压后，DAC的有效位数不会损失，选择DAC8571并使用REF3320（2.048V串联电压基准），衰减倍数应当为2.048V/10mV=204.8倍。为充分留有余量，此方案能保留DAC的有效位数，但要求运算放大器的失调电压小，偏置电压小，失调电流小才能得到较好的效果，同时只用一级运放做控制可以减小压摆率和传输延迟带来的震荡危险。方案2：放大采样电阻上的电压。使用该方案将采样电阻上的电压放大了204.8倍后也能达到目的，但这要求在采样电阻与运放之间增加一级放大电路，从而延迟提高，使得在压摆率不够的情况下产生很大的纹波。因此采用方案1。1.2电流测量方案方案1：使用霍尔效应传感器。霍尔效应传感器利用霍尔效应将电流转换为电压，但是外围电路负责，适合使用在大电流的隔离检测中。方案2：使用采样电阻和差分放大器INA210。该方案简单可靠，而且使用差分电压可以选择接在高测测量，也可以在低测测量。考虑时间和电路整体简化，采用方案2.1.3电压测量与过压保护方案方案1：使用ADS1251直接测量负载端电压，将电压反馈给单片机由单片机控制电路关断。方案2：使用比较器比较负载端电压与阈值电压，直接控制场效应管关断达到目的。相比之下方案2反应速度快，但是阈值电压需要额外的电路做提供，增加了复杂度。考虑到时间问题选用方案1。1.4散热及过热保护CSD19535的数据手册给出热阻为62.5/W，在最大功率18W时显然会烧坏，所以使用散热片散热的同时还使用散热风扇达到散热的目的。实际上应当采用温度测量芯片监控工作温度和保护电路。但由于时间关系无法做出。考虑在实际工作时测量出加装散热保护时的工作温度，在软件中通过控制功率的方法来达到目的。2系统理论分析与计算2.1 降低噪声的方法由于本题的题目要求为制作直流电子负载，所以使用滤波电路控制增益带宽会获得很好的信噪比。我们使用双运放搭建3阶Sallen-key拓扑切比雪夫低通滤波器达到目的。2.2 运放与放大倍数选择考虑在采样电阻上会产生0-10mV的电压，而ADS1110工作在2.048V的参考电压下，所以选择使用200倍的放大倍数。为了保证最好的跟随，在小电压电路中使用偏置电压低的OPA2335搭建相应电路。而在输入阻抗大的电路中使用低失调电流的OPA2340搭建电路。3 电路设计与软件方案1.电路设计电流检测电路电流控制电路电压检测电路2软件设计此题目的软件不复杂。主要完成电路的设置和显示。4 电路测量数据负载电压测量预设电流 （mA）100200300400500600700800900显示电压 （V)4.8484.7564.5424.4964.2424.0673.9943.8203.744实际电压 (V)4.8584.7144.5704.4254.2814.1364.0413.9063.763负载电流测量预设电流 （mA）100200300400500600700800900显示电流 （mA)102203301400499598666757855实际电流 (mA)100200300400499600666758856负载调整能力预设电流 （mA）10020030040