社区导航

 

搜索
查看: 316|回复: 2

[原创] Analog Discovery 2 测评(3) 频率响应测试利器

[复制链接]

1240

TA的帖子

1

TA的资源

五彩晶圆(初级)

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

发表于 2019-11-22 08:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 cruelfox 于 2019-11-22 08:27 编辑

  接着上篇 Analog Discovery 2 测评(2) 扫频功能小试 

  我再来一些扫频功能的测试例子,向大家介绍这个小工具的用途。

 

  上个帖子用的 "电阻+DUT法" 可以推算DUT元件的阻抗特性,这是最容易的电路接法。

circuit.PNG   下面这个是用 “电阻+DUT法” 测试一个耳塞发声单元的阻抗特性,可以看到 200Hz 附近有一个谐振峰。在这里耳塞单元(就是一个微型的电动扬声器)阻抗会变大,并呈现少量的电抗特性——表现不是纯电阻。不过在整个音频范围内,它还是基本上算阻性的,音圈(线圈)的电感性质要到了很高的频率才开始体现。
phone.png
  下面这个也是 “电阻+DUT法” 测试的结果,猜猜这是一个什么元件呢?很奇怪的响应吧。

bode1.png   4kHz 到 10kHz 这段细扫一下。

bode2.png   如此奇怪的阻抗特性,到底是什么元件呢?我测试它之前也没预计到是什么结果。卖个关子,答案在本主题2楼揭晓。

 

  “电阻+DUT法” 测试只是简单接法分析阻抗用的,使用 Analog Discovery 2 还有很多接法,原则就是将波形发生器电压输出转化为待测电路的激励——可以是直接电压加上去,也可以不是。两路模拟输入用来采两个不同地方的信号,因为都是差分输入,可以不必是对地的信号。不过如果被测点阻抗高的话要考虑到模拟输入电路的阻抗,还有就是信号幅度要适中。

  下面是测试了一个音频用的铁芯小变压器,1:1用于信号耦合隔离的。

tftest.jpg   因为变压器不能传递直流信号,扫频重点观察低频的响应,从1Hz开始。测试频率响应是次级电压对比初级电压。下图显示了两个扫频结果,一个是次级空载的(绿线),一个是次级接了1k负载电阻后的(青线)。

audio_tf.png   从低频响应看作为音频用够了(当然高保真要求不考虑这种廉价货)。接负载以后响应会有所下降,是因为变压器的损耗造成的。硅钢片铁芯变压器在高频损耗会加剧,于是输出阻抗增加,导致带负载情况下几十kHz以后输出幅度随频率升高下降。

 

  下面测试的是两个晶振,第一个32.768k的RTC常用晶振,第二个是4.000MHz常见HC49U封装的普通晶振。接法采取直接跨接在波形发生器输出和模拟输入之间:因为寄生电容和模拟放大器输入电容存在,再加小电容必要性看不出来。

quartz.png

 

quartz_4MHz.png   因为晶振的Q值高,在谐振点处是不容易测试的。借助 Analog Discovery 2 找出了两个谐振峰——串联谐振和并联谐振的频率。

 

  下面这个是对我 DIY 的微小信号放大器进行的增益特性测试。

amp_sch.PNG   顺便把电源也由Analog Discovery 2供给了

testamp.jpg   由于这个放大器增益很大,Analog Discovery 2 的波形发生器输出信号对它来说太高了不能直接用(哪怕用最小挡10mV幅度也大),所以我在输入焊了两个电阻来衰减。测试是输出对比输入,因此模拟输入通道1的信号幅度也很小,信噪比不好,导致计算出来的增益和相位曲线有明显抖动。

  不过这样也足够分析我制作的放大器的频率响应了,对调试电路很有帮助。

noise_amp.png

 

  来测一个AM收音机用的内置谐振电容的中频变压器(IFT)的频率特性。这里我用电流激励变压器中一个线圈,测另一个线圈两端的电压。从Analog Discovery 2的波形发生器输出串一个不小的电阻再接到线圈一端,线圈另一端接地;这样测量电阻上的压降可换算线圈中的电流。

ift.jpg   另一线圈是空载,直接测电压。这类变压器是给高频信号用的,低频信号难耦合过去。粗扫一次,宽范围的特性就清楚了。谐振点处交流阻抗升得很高,因为是电流激励,所以能看到线圈两端电压显著升高。

IFT8405.png   在这个变压器应用的频率附近仔细扫一次,然后用软件的标尺工具找谐振频率和两边-3dB的频率。计算一下空载的Q值大概是130, 高得出乎意料。等以后DIY收音机再重新测中放级整个的频响。

IFT8405_zoom.png   如此的测法,C2通道的dB值已经没有绝对意义了,因为不是测的电压增益。如果要给一个正确的标尺,此处应该用阻抗——因为参考输入是电流,被测输出是电压。WaveForms软件界面上的Custom选项可以开启额外的曲线图,用数学式子定义输出量,我暂时还没玩熟。

 

  下面是测常见光耦 PC817 的电流传输频率特性。测量的输入和输出都是电流,因此分别串接1k电阻,测压降就可以了。顺便用电压源给电路一个5V电源,而光耦LED需要的直流偏置就直接由波形发生器给一个直流解决。

  偶尔使用一下面包板(低频该没问题)

pc817.jpg   先检查一下电路工作是否正常,设置信号发生器输出1.2V直流叠加100mV 1kHz. 看到了输入和输出电流含有1kHz交流成分。此时输入LED的电流直流大约是0.2mA. 通过改变信号发生器的 "Offset" 可以调LED的静态电流,对电流传输系数(CTR)将有影响。

pc817_verify.png   然后就扫频吧。这里显示了两个不同LED静态电流值下的 CTR, 有可观的差异。频率特性上则是一致的趋势,10kHz以后就下降了。PC817并不是高速光耦,这个结果在意料之中。

PC817_CTR.png

 

  测运放电路的增益相位特性用这个工具就容易了。先搭一个10倍同相放大的测试电路板:(反馈电阻10k和1.1k)

optest.jpg   上一只最廉价的LM358, 扫频发现了奇怪的现象,换到时域观察一下:在输出 -0.5V 附近,有严重的非线性发生。波形正方向削顶是离电源轨近了的原因,电压提高到正负5V就解决了。但是-0.5V附近的波形扭曲没有随电源电压提高改善。换了一只还是这个现象,这批运放十好几年以前买的了……

lm358.png   于是为了回避这个问题,我把输入信号的DC成分调高,这样才顺利扫频测试了。

bode_LM358.png   LM358在10倍增益电路下,-3dB截止频率在33kHz.  LM358的增益带宽是一个低速运放,最多只能用到音频范围。按我这测试数据,330.55kHz处增益 -2.7745dB, GBW只有240kHz,数据表标的是典型值0.7MHz, 为什么显著偏低了?

  另外测了几只运放,放在一个图里对比下:

Bode_OPAMPs.png

 

  把运放测试电路改一下:运放接成缓冲器形式,波形发生器输出串一个电阻接到运放输出,就可以测试运放缓冲器的闭环输出阻抗了。因为受Analog Discovery 2模拟输入分辨率(噪声本底)的限制,没有外加放大器,阻抗若很小是测不准的。重点是观察阻抗随频率变化的特性(参看[讨论] 周末小题目

OP_out_z.png

  此处 C1 通道测量的是470欧电阻(从波形发生器输出串一耦合电容,经此电阻接到运放输出)上的电压,C2通道测量运放输出对地的电压,故“增益”乘上470欧就是运放闭环输出阻抗。利用软件的 Custom 绘图,可以生成阻抗-频率图,就是上面截图窗口的下半部分。

 

  把玩几天之后,我对Analog Discovery 2的网络分析仪功能颇为满意。尽管它电路的性能对测试能力有所制约,但软件的易用和便利程度超过我想象。

    NEXT>>> Analog Discovery 2 测评(4) 时域分析也可玩花样


此内容由EEWORLD论坛网友cruelfox原创,如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处



回复

使用道具 举报

1240

TA的帖子

1

TA的资源

五彩晶圆(初级)

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

 楼主| 发表于 2019-11-22 08:26

  揭晓帖子中问题答案在此......

 

ans.zip

70.12 KB, 阅读权限: 1, 下载次数: 0



9210

TA的帖子

14

TA的资源

版主

Rank: 6Rank: 6

测评达人

发表于 2019-11-22 09:22 | 显示全部楼层

非常期待开源的虚拟仪表发展起来,NI的太贵又难用



回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

关闭

站长推荐上一条 /8 下一条

  • 论坛活动 E手掌握

    扫码关注
    EEWORLD 官方微信

  • EE福利  唾手可得

    扫码关注
    EE福利 唾手可得

Archiver|手机版|小黑屋|电子工程世界 ( 京ICP证 060456 )

GMT+8, 2019-12-8 14:04 , Processed in 0.130305 second(s), 18 queries , Gzip On, MemCache On.

快速回复 返回顶部 返回列表