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失真度测试仪

摘要

本系统由输入衰减电路，陷波器，检波电路，单片机系统与LCD 等纽成，实现对信号的失真度的测量。 陷波采用文氏桥有源陷波电路，使陷波深度大，结构简单，调试方便；检波电路采用专用集成电路，误差小, 实现简单；单片机控制使测试过程简单方便，体现智能化；LCD 与LED 显示界面直观，友好等优点。本设计 较好地实现了对信号失真度测量的功能。

一、 题H 要求： 1、 设计内容：设计一个失真度测试仪 2、 测试频率范围:20H 〜20kHz 3、 失真度测量范围:30%~0.01% 二、 整体方案

1. 工作原理

非线性失真的程度可用非线性失真系数来表示，简称失真度。其定义为：「是谐波总功率与基波功

xlOO%, P 是信号总功率，P1是基波功率，Pi 为笫i 次谐波功率。

为测量方便，实际测量屮常接下式测量

式屮，分子表示谐波电压的总有效值，分母表示被测信号电压总的有效值。

图1基波抑制法测失真度原理框图

失真度仪常采用基波抑制法测量失真大小，原理框图如图1。开关接S1吋，即信号未经抑制，测量出被 测电压的有效值作为基准，称为“校准”，然后将开关接至S2,滤去基波后再经过测量，将两次测量结果经 过计算，可得出信号的失真度。

2. 结构框图

率之比的平方根，即

图2 整机框图

输入信号经过衰减，一•路信号直接进行有效值检波，另一路由文氏电桥对其基波进行吸收后，检波器对文氏桥输出的残余谐波信号检出直流号，单片机对检波后的两路信号进行AD转换和失真度的相应运算，得出失真度值和频率测试范围并在LCD, LED±显示。

三、方案论证与比较：

1•输入衰减器

方案一、使用电阻网络。电阻网络衰减器应用广泛，但其衰减过手动机械式实现，不具备先进性，故不采用。

方案二、采用AGC电路。AGC通过反馈来调节增益，使输岀幅度保持一定，这种闭环控制电路有很好的效果，但其电路复杂，且电路本身会产牛一定的噪声，使信号产牛的失真，故不采用。

方案三•数字电位器体积小，使电路结构简单，便于实现单片机控制，但价格过高，使整机性价比降低。

2•陷波器

方案一、双T陷波滤波器

结构简单，可运用一个运算放大器来实现一个陷波器。但调谐屮心频率包括了对3个相同阻值电阻器的同时调整，电阻器不匹配会使陷波器陷波深度不够，调谐需采用高精度的组件，双T结构难以在单电源下工作且不能用全差动放大器来实施，故不采用。

方案二、文氏电桥有源陷波器

文氏桥陷波电路的失真度设计屮最常用的器件，其基波衰减深度一般可达80dB以上，且结构简单，易于装配和调试。

基于电路的易实现和方便调整性，我们选择文氏电桥作为陷波器。

3•检波器

方案一、专用检波集成电路

专用集成检波电路集成度高，外围电路少，电结构路简单，工作稳定，误差小。

方案二、分离器件检波

分离器件实现检波具有结构简单等优点，但由于失真度测量输入信号本身就是不规则的失真信号，而分离元件组成的有效值检波电路是在检测出信号的峰值后按照一定的关系计算得出有效值，一般只能用于检测规则信号(诸如正弦波等信号)，输出误差较大，不适用于失真度仪。

通过以上分析，选用专用集成电路检波。

四、电路设计

(1)输入衰减器

(2)文氏桥陷波器

图3文氏桥陷波器

文氏桥电路具有良好的选频特性，可用于振荡器。我们将其用作陷波器，其屮心频率由R1〜R4和C1〜C2 确定，当电阻，电容满足& = 2& , R 3 = R 4=R f

时，电桥的抑制频率为—。因为R\=2R°,

〜

-

SRC

〜

对任一 •频率信号，C/w =t7./3,由计算可知：当输入信号频率f = f.时，%=UJ3,则U A8 = 0 o 此时电桥处 于平衡状态，输出为0。当输入信号频率/偏离九吋，电桥失去平衡，则有电压输出。为使陷波达到更好的 效果，采用电路：

图3文氏桥有源陷波电路

为使电容可变,釆用分档调节。如图所示，抑制频率为F0=l/2PiRC,其中RW1+R1O=RW2+R11二R 。U1, U2、U3是电压跟随器组态，均有缓冲隔离作用，具有高输入阻抗和低输出阻抗特性，对选频电路的谐振频率 无影响，U2输出的部分电压反馈至U3的同相端，并经U3输出到电桥桥臂。改变RW1、RW2的值可调反馈 量，从而改变Q 值以达到锐通带选频作用。在U2的反馈回路屮加电阻器R12是为抵消输入偏流以减小直流 漂移。

Ui

R2 R3

C2

图4有效值检波电路

有效值也称均方根值，设一•信号U(t),周期为T,有效值为U,则有效值表达式为U

珂〒［U(t)2

dt o AD736是

单片精密有效值AC/DC 转换器，具有精度高，转换速度快等优点。测量电路如图4。

软件系统 总体流程框图 五、电路调试 (1)硬件调试 1、 输入衰减器 2、 陷波电路

3、 有效值检波电路，通过固定输入信号的幅度，改变频率来测试其频率特性，调试测量结果见附表1及 附图lo

电源+Vs=+5v -Vs=・5v,频率特性测试结果如下表 输入信号频率 输出电压(mv)

4HZ 94.33

5HZ 97.80 10 HZ 103.81 15 HZ 105.16 100 HZ 106.35 500 HZ 106.49 2KHZ

106.49

(3)•有效值检波电路

Vcc

Cl

〈output 〉

2

(2)软件调试 (3) 软硬联合调试 六、结论

1、AD736测试数据 在输入

正弦波Vpp=3()0mV,

附录

5 C3

C2 8

04

u

l 6

AD736 3 1 co

6 U

3