2019 年度国立大学生向け電子設計大学 (問題 D) の簡単な回路特性テスター。この問題は特に古典的な問題です。制御トピックを選択しない学生にとっては、この問題を練習する必要があります。この問題はより包括的です。 2021 年には、E 質問の難易度は下がりますが、それでもプログラミング スキルがテストされます。
まずトピックの要件を確認してください。
入力抵抗
出力抵抗
振幅周波数特性曲線
DDS信号源の要件は、1kHz、30mVの正弦波信号を出力する場合、信号成分を失わずに後段回路にカスケード接続できること、1kHz～1MHzの周波数掃引信号を出力する場合、出力信号の振幅値が基本的に失われないことです。低消費電力性能により、過剰な電力消費によるシステムの不安定を防ぎます。
入出力インピーダンス測定回路の要件は、入出力抵抗の抵抗値と測定方法が正しいこと、入出力抵抗をより正確に測定できること、回路が前段の伝送に影響を与えないことです。信号と後段信号。
広帯域ピーク検出回路の要件は、周波数掃引信号で信号電圧が測定でき、出力電圧値があまり変化しないことです。
図 1-1 システム設計ブロック図
DDSチップの選択
実際の測定後、テストしたネットワークの 12V 電源を考慮すると、9959 の電源電流は約 300mA、9854 の電源電流は約 600mA になります。電力消費が多すぎてシステムが異常動作するのを防ぐため、当時手元に 9854 がなかったので、次善の策として先生に 9850 を頼んでも問題ありませんでした。
実効値検出回路の選定
AD637 を使用して実効値測定回路を構築すると、周辺部品が少なく、周波数帯域が広く、複雑な波形でも真の実効値、平均値、二乗平均平方根値、絶対値を計算できます。信号が 1V より大きい場合、信号の周波数が測定されますが、実測後の上限は 8MHz です。このモジュールは遅いです。
自動制御プロセスの選択
オプション 1: リレーを使用し、入力インピーダンスをテストするときにテスターのバックエンドでリレーを短絡し、出力インピーダンスをテストするときにフロントエンドでリレーを短絡します。リレーは回路システム全体にほとんど影響を与えません。
オプション 2: アナログ スイッチ CD4053 を使用します。実際の測定後、CD4053 のスイッチをオフにしても、まだ約 20mv の信号が流れています。つまり、スイッチは消滅せず、20mv の信号は、CD4053 を通過した後の影響が大きくなります。増幅回路があるのでリレーを使用します。
ここでアンプの振幅周波数特性の測定方法を説明しますが、入力抵抗と出力抵抗は非常に簡単なので、ここでは繰り返しません。
抵抗容量結合増幅器の場合、結合容量とエミッタ容量の存在により信号周波数の低下とともに減少し、分布容量の存在とトランジスタのカットオフ周波数の制限により減少します。信号周波数の増加に伴い。中帯域でのみ、これらのコンデンサの影響は無視できます。f との関係を表す曲線は、RC 結合アンプの振幅周波数特性曲線と呼ばれます。
図中、 AV =0.707に相当する和をそれぞれ上限周波数、下限周波数と呼び、Bをアンプの通過帯域と呼び、その値はB=fH-fLとなります。
このシステムの振幅周波数特性は、DDS チップを使用して 1kHz ～ 1MHz の信号を生成し、シングルチップ マイコンを使用して対応する周波数と電圧振幅をピーク検出回路で収集し、点を描画します。アンプの振幅-周波数特性曲線を取得するためのディスプレイ。
基本的な部分はここまでで、次に性能部分についてお話しますが、シミュレーションと実測を行った結果、シミュレーションと実際の結果には多少の誤差があることが分かりました。シミュレーション中に気付かなかったのかもしれませんが、何が問題なのか分かりませんので、実際の測定結果について話しましょう。
(1) R1 がオープン、静的動作点が遮断され、出力電圧は約 +12V になります。
(2) R2 は開回路であり、静的動作点は飽和していますが、三極管は依然としてオンになっています。
(3) R3 がオープン、三極管が遮断され、出力電圧は約 0V になります。
(4) R4 が開き、静的動作点が遮断され、出力電圧が約 0V になります。
(5) R1 が短絡し、三極管が飽和し、出力電圧が約 4V になります。
(6) R2 が短絡し、三極管が遮断され、出力電圧は約 12V になります。
(7) R3 が短絡し、三極管が増幅領域で動作し、出力電圧が約 12V になります。
(8) R4 が短絡し、三極管が遮断され、出力電圧は約 12V になります。
(9) C1 はオープンで、特定の増幅回路の静的動作点は正常で、入力信号はなく、出力電圧は約 7V で安定しています。
(10) C2 がオープン回路となり、深い負帰還が導入され、電圧倍率が低下します。
(11) C3 はオープンです。これは主に上限周波数に影響します。そのため、C3 はオープンです。シミュレーションによれば、上限周波数は 200KHz から約 1.2MHz まで上昇します。
(12) C1 は 2 回増幅されますが、理論解析によれば、C1 が主に下限周波数の原因となり、下限周波数はシミュレーションの 125Hz から約 120Hz に低下します。
(13) C2 は 2 回増幅されます。理論分析によれば、負帰還が弱まり、出力電圧ゲインがわずかに増加します。
(14) C3 は 2 倍に増幅され、理論解析によれば上限周波数が低下します。
故障箇所は全部で14個あり、解析は上記の通りで、入力抵抗、出力抵抗、倍率、振幅周波数特性曲線の上限値と下限値の変化から各故障を区別することができます。 。
これが大まかな考え方ですが、次の記事(2)からは、混乱を避けるために、得られたもののコードとハードウェアをまとめていきます。