CN201780323U - 小信号测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小信号测量仪，包括控制器、电源及信号接入端，其特征在于：所述信号接入端的输入信号分别经第一、第二两级可控增益放大电路放大，所述第二级可控增益放大电路的输出分别接于交直流转换电路和分频电路，该交直流转换电路与分频电路的输出分别接入所述控制器，控制器增益控制端分别与第一、第二级可控增益放大电路控制端连接，控制器的输出端与一显示器连接。本实用新型通过设置两级放大电路，将小信号放大为普通信号，方便采集与测量，再由控制器计算出原始数据，实现对交流小信号电压和频率的一并测量，并由显示器显示，提高测量精度，且成本低廉，适合于一般工程师设计和学生实验使用。

Description

小信号测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体涉及一种小信号测量仪，针对有效值在0.01mV～4V间的小信号测量。

背景技术

随着信息化社会的发展，各种测试和试验使用的小信号越来越多，所谓小信号，通常以0.01mV～4V之间信号称之为小信号。一般的小信号测量，需要测量信号的电压和频率，目前通常是采用电压和频率两种设备分别来测量该两个数据。对交流小信号电压有效值的测量，一般使用的是模拟毫伏表，测量精度不高，难以满足测量要求，若采用读取精度较高的数字毫伏表测量，可以获得比较好的测量精度，但其仪表的价格较为昂贵，不太适合于一般的电子工程师和学校学生实验使用。针对小信号频率的测量，就更难检测了，目前一般的频率计只能测量幅度较大的信号，而小信号的幅度不足，使得测量难以完成，或只能以估算得出测量结果，精度太差。

因此，要求同时具有电压和频率测量功能，有时还需要显示其信号的波形，同时满足这些要求的小信号测量仪是非常少，而这些数据对解决实际电路设计和学生电路实验是比较重要的，我们需要一种数字式交流小信号测量装置，价格低廉，且能满足一般工程师设计和学生实验的需求。

发明内容

本实用新型目的是提供一种小信号测量仪，使用该测量仪，可同时准确的对小信号的电压及频率进行测量，并显示其波形，满足用户的测量需要，且制造成本低廉。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种小信号测量仪，包括控制器、电源及信号接入端，所述信号接入端的输入信号分别经第一、第二两级可控增益放大电路放大，所述第二级可控增益放大电路的输出分别接于交直流转换电路和分频电路，该交直流转换电路与分频电路的输出分别接入所述控制器，控制器的2个增益控制端分别与第一、第二级可控增益放大电路控制端连接，控制器的输出端与一显示器连接。

上述技术方案中，所述信号接入端接收的交流小信号为电压有效值在0.01mV～4V的交流信号，信号的频率范围为1MHZ，输入信号通过第一、第二两级放大电路的放大，其增益放大倍数通过控制器的控制端输入，根据实际信号的需要，放大为4V的信号，信号一路经交直流转换器将交流信号转变为直流信号，直流信号输入控制器后，控制器根据已增大的倍数计算出原始信号的电压有效值，由显示器显示出来；信号另一路经分频电路后输入控制器，计算出频率后由显示器显示。由于通过两级放大电路的信号放大，使小信号变得易于采集的普通信号，再由控制器计算出原始信号电压与频率，并由显示器显示，满足工程师与学生实现的需求。

上述技术方案中，所述分频电路由施密特整形电路、与门和计数器组成，所述施密特整形电路输入端与所述第二级可控增益放大路的输出端连接，其输出与所述控制器输出的闸门信号一并输入所述与门，该与门的输出端与所述计数器连接，计数器的输出端接入所述控制器；使用计数器、与非门对信号处理，可提高测量频率测量的范围。

上述技术方案中，包括一端串接于所述第二级可控增益放大电路输出端与所述分频电路之间的2位选择开关，其另一选择端与第二信号接入端连接。通过2位选择开关，可自由选择是否经过可控增益放大电路，因而可直接测试普通信号(非小信号)的频率。

上述技术方案中，所述第二级可控增益放大电路输出端设有一BNC接口，方便对波形进行观察和分析。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型通过两级可控增益放大电路放大小信号，得到易于采集的普通信号，再由控制器计算根据已经放大的增益大小，计算原始小信号的电压有效值，同时通过分频电路由控制器计算出该小信号的频率，一并由显示器显示，测量精度得到提高，并实现电压与效率的同时测量，满足一般工程师的工作需要以及学生实验的需求；

2、由施密特整形电路、与门和计数器组成的分频电路，可提高测量信号的频率范围，实现从0～1MHz频率信号的测量；

3、设置BNC接口，便于对波形进行观察和分析；

4、通过在第二级可控增益放大电路输出端与分频电路之间串接一2位选择开关，当待测信号频率为普通频率时，可直接测量，作为频率计来使用；

5、本实用新型结构简单，易于实现，成本较低，适于一般工程师和学生使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种小信号测量仪，包括控制器、电源模块及信号接入端，所述信号接入端J1的输入信号分别经第一级可控增益放大电路U 1、第二两级可控增益放大电路U2放大，所述第二级可控增益放大电路U2的输出分别接于交直流转换电路U3和分频电路，该交直流转换电路U3与分频电路的输出分别接入所述控制器U7，控制器U7增益控制端分别与第一、第二级可控增益放大电路控制端连接，控制器的输出端与一液晶显示器连接。

如图1所示，所述第二级可控增益放大电路输出端与所述分频电路之间串接2位选择开关S1，控制第二信号接入端J2的输入，当待测信号为普通信号时，可将S1与第二信号接入端J2连接，分频电路直接对第二信号接入端J2输入的信号进行频率测量。所述分频电路由施密特整形电路U4、与门U5和双四位计数器U6组成，所述施密特整形电路U4输入端与所述第二级可控增益放大路U2的输出端连接，其输出与所述控制器U7输出的闸门信号一并输入所述与门U5，该与门U5的输出端与双四位计数器U6连接，计数器U6的输出端接入所述控制器U7。

在本实施例中，为方便观测放大后的波形，所述第二级可控增益放大电路输出端设有一BNC接口J3，可直接使用示波器观察，在频率范围内波形失真度小于0.3％。控制器U7上设置有串口，可直接与计算机J4进行通信，方便本实施例与其它系统连接。

测试过程：

(1)电压的测量：控制器U7为ATMEL公司的增强型单片机ATMEG 16，其自带10位AD转换器，具有三个定时器，其IO口可直接驱动液晶显示器。待采集的交流小信号由J1接入，经过U1放大器PGA202初次放大，其放大倍数为1、10、100、1000，通过控制器U7进行控制选择；通过控制器U7控制放大器U2实现二次放大，其各级放大倍数由控制器U7进行记忆；放大后的交流信号经U3真有效值转换器AD536转换为有效值，此直流信号通过控制器U7自带的10位AD转换器，由控制器经过计算，其电压有效值及放大倍数通过LCD显示。

(2)测量频率时，信号首先经施密特整形电路U4整形为方波，由控制器U7产生一个闸门信号，两路信号经过与门U5，产生的信号通过U6进行计数分频，最后由控制器U7采集输入信号的频率，通过计算最终由液晶显示。

测量频率时，为保证采集频率的精确性，控制器U7采用32.768KHz外部晶振产生异步时钟信号，经1024的预分频可以得到精确时间为1s，在溢出中断时，控制与门U5进而控制被测信号的通断，累计1s内计数器获得的值，经过运算则可获得被测信号的频率。

为使控制器测量频率范围扩大，闸门信号由控制器U7内的16位定时器产生，其与双四位计数器U6一起构成24位的分频，大大提高了系统的测量频率，当控制器U7采用8MHz的时钟时，最高测量频率理论上可达16MHz。

Claims (4)

1.一种小信号测量仪，包括控制器、电源及信号接入端，其特征在于：所述信号接入端的输入信号分别经第一、第二两级可控增益放大电路放大，所述第二级可控增益放大电路的输出分别接于交直流转换电路和分频电路，该交直流转换电路与分频电路的输出分别接入所述控制器，控制器增益控制端分别与第一、第二级可控增益放大电路控制端连接，控制器的输出端与一显示器连接。

2.根据权利要求1所述的小信号测量仪，其特征在于：所述分频电路由施密特整形电路、与门和计数器组成，所述施密特整形电路输入端与所述第二级可控增益放大路的输出端连接，其输出与所述控制器输出的闸门信号一并输入所述与门，该与门的输出端与所述计数器连接，计数器的输出端接入所述控制器。

3.根据权利要求1或2所述的小信号测量仪，其特征在于在：还包括一端串接于所述第二级可控增益放大电路输出端与所述分频电路之间的2位选择开关，其另一选择端与第二信号接入端连接。

4.根据权利要求1所述的小信号测量仪，其特征在于在：所述第二级可控增益放大电路输出端设有一BNC接口。

Images