2019电赛D题方案：简易电路特性测试仪

一、题目

二、评分标准

三、题目分析与测量原理

此题设计两部分电路，一个是由S9013组成的基本放大电路，另一个是电路特性测试仪。前者是被测对象，涉及一个输入测试信号（1KHz，Vpp=10mV）和一个输出信号；后者是一个智能型的测量仪表，它可以提取出来输入的测试信号和输出的放大信号，进而经过运算求解出基本放大电路的动态特性参数：输入电阻、输入电阻、放大倍数和截止频率，此仪表也有两个两个端口，一个输入端口和一个输出端口。两者端口的对应关系为，测试仪的输出端口接放大电路的输入端口，放大电路的输出端口接测试仪的输入端口。如题目中的图1所示。

电路特性测试仪为设计的重点内容，其测量原理为：

输入电阻测量：利用单片机的AD采集功能，采集到电阻R1两端电压的有效值为U1，如果此时函数信号发生器的输出的有效值为US，ri为输入电阻，则等式U1/R1=US-U1/ri。从而计算得到ri=(US-U1)R1/U1。

输出电阻测量：在放大信号不失真的情况下，利用单片机的AD采集功能，采集到带载R2和空载两种情况下的电压值。KA断开为空载状态，测得得到的电压值为UO1，KA闭合为带载状态，测得得到的电压值为UO2。求得输出阻抗为：

ro=R2(UO1-UO2)/UO2

放大倍数为：Auu=UO1/(US-U1)

截止频率的求取：产生一个1KHz的值2MHz的扫频信号，监测放大倍数，当放大倍数降为正常值的0.707倍时，提取出此时对应输入频率即为上限截止频率。

三、分析

简易电路特性测试仪应具备以下功能：

1、产生1KHz，幅值可调的标准的正弦信号；

2、能够产生1KHz到1MHz的正弦扫频信号；

3、具备高速的AD采样功能，位数12位至14位，采样频率500KHz以上；

4、支持对继电器的控制功能；

5、支持大量数据的运算功能；

6、支持信息的显示功能。

前两个功能为函数信号发生器，实现方法有两种，一种是ICL8038+51单片机来完成；另一种是采用AD9854高速DDS模块来完成。

后四种功能选择STM32系列单片机最小系统，或者是MSP432 LaunchPad来完成。

以上是本人D题的一些思考，愿与电赛路上的同行们共享。不妥之处，敬请高人指点。