题目要求和方案论证

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1、一、题目要求和方案论证题目要求：1）制作出放大器参数测试仪1）测试参数的种类、数量自定，电压增益不小于1000，输出幅度不小于10V；2）测试参数的精度自定；3）测试仪的功能，例如对测试的结果是否存储、显示、打印等自定。方案论证：方案一：基于模拟器件的信号处理方法整机测试指标：放大器放大倍数，输入阻抗，输出阻抗，最大不失真电压。电路实现方法：前端信号采用8038集成函数发生器产生测量信号，频率的改变利用改变外界的电阻方法来实现。放大器输出幅度的测量采用二级管检波的方法进行测量，同时利用模拟除法电路对输入信号和输出信号进行运算，从而得到放大器的放大倍数。对于最大不失真电

2、压的测量采用模拟滤波法，众所周知，在放大器输出电压失真的情况下，会产生谐波分量，利用低通和高通滤波器，我们便可以将基波分量和谐波分量分离出来，从而得到基波分量与谐波分量的比值，根据比值的大小，我们便可以判断出失真与否，还有失真的程度，即完成了对放大器参数的测量。基于模拟器件的信号处理系统是一种比较传统的信号处理方法，一般应包括放大器、滤波器、乘法器、除法器等。这种系统实时性比较好，而且如果没有对精度的特殊要求，它的造价一般也比较低。但用于这种场合是不合适的，原因在于这一信号处理系统要用到除法器，而模拟除法器要达到比较高的精度，其造价是比较高的，而且调试也比较困难，稳定

3、性很难保证，因此本设计将不采用模拟器件作为核心的信号处理系统。方案二：基于CPLD作主控单元数字测量与分析方法整机测试指标：幅频特性、输入阻抗、输出阻抗、最大不失真电压、失真度的测量；电路实现方法：前级信号源利用FPGA来实现，通过DDS技术产生频率和幅度可程控的信号源，用于对放大器的测量；后级输入阻抗，输出阻抗，最大不失真电压，失真度的测量，采用CPLD控制外接高速AD进行数据采集与处理，从而得到对放大器参数的测量。方案的优缺点：优点：完全依靠于数字化的测量，比如对最大不失真电压的测量，可以利用CPLD进行FFT，从而完成对信号频谱的分析，得到最大不失真电压和失真度

4、的测量。此种方案处理速度快，实时性好。缺点：成本高，编程任务重，同时针对题目的要求，由于电压增益不小于1000倍，输出幅度不小于10V,可以很明显的看出，测量对象是低频放大器，因此对主控单元的处理速度要求不是非常严格，因此设计过程中没有采用此方案。方案三：基于单片机作为主控单元，利用数字器件的测量49整机测试指标：幅频特性、输入阻抗、输出阻抗、最大不失真电压；电路实现方法：信号源采用AD9850进行生成，采用AD9850的最大优点是频率可控，频率稳定度高，且幅度稳定，一般不需要外界的附加电路便可以实现，从而给电路的设计带来方便，放大器的输入阻抗测量采用等效电阻法进行测

5、量，放大器的输出阻抗利用双重负载法进行测量，大负载接入放大器输出端，可以将电压信号完全采集出来，而利用小负载时，由于放大器本身存在内阻，因此当小负载可以和放大器的输出电阻相匹配的时候，便可以等效为放大器的输出电阻和小电阻进行分压，从而利用公式可以求得放大器的输出电阻。而最大不失真电压的测量采用了频域计算的方法，通过时域的测量并进行了变换得到了最大不失真电压。另外系统采用此方案，有许多优点，例如不易受干扰、重复性好、调试容易、稳定性好等，最突出的是精度高。缺点是：实时性较差、系统复杂，造价稍高，需要较多的开发经验。对于这一系统，由于对实时性要求不是太高，而精度是主要矛盾

6、，因此我们决定选取基于数字器件的信号处理系统，来完成本设计。综上所述，我们选择方案三，通过分析可以看到，方案一没有充分应用现在电子器件的大规模集成电路，因此，实现的功能不能够达到智能仪器的要求；方案二虽然应用了大规模集成电路，但是成本较高，同时由于测量的放大器是低频放大器，因此对速度要求不是非常严格，因此完全可以利用单片机来作为主控单元，同时前端信号的产生，利用了AD公司的单片DDS专用芯片AD9850来实现，它具备与单片机方便的接口，可以通过单片机编程实现对其产生信号频率的控制，缩短了整机的开发时间。二、整机工作原理与功能实现1、系统的方框图设计待测放大器人机界面放

7、大器测试仪123图2-1系统设计方框图以上框图中表示的为放大器参数测试仪的主要组成。1）待测放大器：待测放大器的主要技术指标均已达到或超过题目当中给定的测量指标。经过直接测量，放大器的最大放大倍数为1200倍，输出最大不失真电压为14V,输入阻抗为10K，输出阻抗为50---100欧姆。由此可见，这样的低频模拟放大器基本可以满足我们的测试要求。待测放大器电路采用集成运算放大器完成，集成运算放大器性能指标大大优于晶体管组成的分立元件放大器。理想集成运算放大器的主要特点：差模增益趋向于无穷大，输入电阻趋向于无穷大，即两个输入端之间的等效电阻很大。集成运放