电赛设计报告：放大电路特性测试装置设计详解

摘要：本文介绍了一种放大电路特性测试装置，可以完成测量放大电路的输入输出电阻、增益、截止频率以及频率特性（幅频特性和相频
特性），并显示输出的信号波形，另外还具有学习并检测放大器故障原因、测量输出失真度（THD）并判断是否失真以及非线性失真类型
的功能。
关键词：放大电路；增益；信号波形；故障检测；非性失真
0 引言
放大器是电子行业最为重要且常用的科研装置之一，而
输入输出电阻、增益、截止频率、频率特性以及输出失真情
况等是放大器的重要性能指标，对这些指标的测量在科研过
程中尤为重要，因此需要一个针对放大器的性能指标的测量
工具。
目前传统的测量方法需要用到信号发生器、万用表、毫
伏表、示波器等以及一系列工具以及繁琐的计算过程，操作
非常复杂。而市场上的一些测量装置大多只能够测量某一项
指标，不能够做到所有指标全方面测量。所以需要设计一个
放大电路特性测试装置 [1]，能够集成对放大器特性指标的测
量、故障判断以及失真情况判断的功能，解决传统测量方法
的不足，并广泛应用于市场以及科研过程中。
1 系统总体方案
■ 1.1 设计基本要求
设计并制作一个简易放大电路特性测试装置。使用时将
待测的特定放大器接入电路特性测试仪，测试仪向待测放
大器输入 1kHz 正弦波信号 [2]，自动测量并显示特定放大器
电路的输入输出电阻、增益并将输出波形绘制在液晶屏上，
绘制放大电路的频率特性（幅
频与相频特性）曲线，判断放
大电路的截止频率。另外还具
有学习与判断故障的功能，能
够学习电路的故障原因，并自
动判断该放大器由于元器件变
化而引起故障的原因。同时能
够测量放大电路输出信号失真

度，如果输出信号有失真，能够判断其非线性失真的情况。
本测试装置适合于绝大多数放大电路的特性测试，测试
装置与待测放大器电路连接如图 1 所示。
■ 1.2 系统总体方案
系统主要由单片机模块、信号发生器模块、测量显示模
块、有效值测量模块、电阻测量模块、调制模块等部分构成。
主要设计思路将待测电路接入测试仪 [3]，单片机模块在完成
初始化后，接收按键的功能选择，再控制信号发生器模块产
生适当的信号或者扫频作为放大电路的输入信号，输入信号
经过衰减网络、被测电路、跟随器模块、输出采集模块等后，
根据功能的不同输送至电阻测量模块、增益测量模块、故障
检测模块、失真情况分析模块进行数据处理，然后经过单片
机经计算处理后将结果输出在显示屏幕上。系统结构如图 2
所示。
■ 1.3 硬件设计
硬件方面主要包括信号发生器模块、电阻测量模块、有
效值测量模块、增益测量模块、滤波模块、频率特性测量模
块、失真判断模块等。
1.3.1 信号发生器模块
信号发生器模块围绕芯片 AD9850 设计。AD9850 是一
款高性能 DDS 芯片，能够产生 0~40MHz 的 2 路正弦信号，
且能够产生扫频信号，完全满足设计需求。通过单片机对信
号发生器模块的控制 [4]，输出相应幅值、频率的正弦信号以
及两路正交信号，在测量频率特性时，产生从低频到高频的
扫频信号。
由于输出的信号幅度较大，需要通过衰减电路后再输入
到待测电路中。信号衰减采用电阻分压法，衰减后的信号再
通过由 OPA2134 组成的跟随器 [5]，增加带负载能力。
1.3.2 电阻测量模块
电阻测量模块采用分压法测量输入、输出电阻。通过继
电器开关在待测电路输入输出端接入合适的电阻，通过测量
电压就可以按照推导好的公式计算出输入、输出电压。输入
输出电阻测量具体方法如图 3 所示。