CN208432659U - 高精度低频频率测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种高精度低频频率测试仪，包括信号峰值检波电路、单片机控制电路、信号放大电路和比较整形电路。信号峰值检波电路主要用于检测被测信号的峰值，单片机控制电路对信号进行峰值检测后，控制信号放大电路选择不同放大倍数对信号进行分类放大，比较整形电路将被放大后的被测信号转换为方波，以便单片机控制电路通过计算上升沿的个数来计算频率，最终实现频率测试；通过上述各电路的配合，本频率测试仪可实现测量低频频率(10HZ～100KHZ)，且具有非常高的精度。

Description

高精度低频频率测试仪

技术领域

本实用新型的实施例涉及一种频率测试装置，具体而言，涉及一种高精度低频频率测试仪。

背景技术

频率特性测试仪又简称频率测试仪，主要用于测量网络(电路)的频率特性，如测量滤波器、放大器、高频调谐器、双工器、天线等设备的频率特性，而且往往用于对这些电子设备或网络的测试，也是实验室中常用的电子测量仪器之一。目前大部分频率测试仪采用的是传统的直接测频法或者测周法，测量精度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种高精度低频频率测试仪，其可实现测量低频频率(10HZ～100KHZ)，并具有非常高精度。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种高精度低频频率测试仪，包括信号峰值检波电路、单片机控制电路、信号放大电路和比较整形电路；其中，信号峰值检波电路包括采样保持放大器、比较器、稳压二极管和模数转换器，被测信号输入到采样保持放大器和比较器，采样保持放大器用于采样被测信号电压值和保持其电压峰值，稳压二极管耦合在采样保持放大器的逻辑输入控制端和比较器的输出端，模数转换器用于将采样保持放大器采样的电压值、并转换为数字信号送给单片机控制电路；单片机控制电路包括单片机及其外围电路，单片机接收模数转换器送来的数字信号并进行峰值检测，并向信号放大电路输出开关选择控制信号；信号放大电路包括模拟开关器、二级信号增益放大电路和一级信号增益放大电路，用于对被测信号进行二级增益放大或一级增益放大或零放大，并输出给比较整形电路；比较整形电路与模拟开关器输出端耦合，接收被信号放大电路处理后的被测信号并转换为方波，并送给单片机计算频率。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

采样保持放大器的型号为LF398，其第3脚输入被测信号，第2脚耦合一偏置调零电位器，第5脚输出采样电压值，第6脚耦合一采样保持电容，第8脚为逻辑输入控制端，其耦合比较器输出端以及稳压二极管。

比较器的型号为LM311，其同相端输入被测信号、反相端耦合采样保持放大器的输出端、输出端耦合采样保持放大器的逻辑输入控制端以及稳压二极管。

单片机的型号为STC89C52RC，其外围电路包括复位电路、晶振电路和显示器电路，显示器电路用于显示频率值。

模拟开关器的型号为MAX309CPE，其第1脚和第16脚耦合单片机、输入开关选择控制信号，第8脚输入被测信号，第9脚耦合比较整形电路、输出放大后的被测信号，第一路开关通道直连，所述二级信号增益放大电路耦合在第二路开关通道，所述一级信号增益放大电路耦合在第三路开关通道。

二级信号增益放大电路包括第一运放和第二运放，第一运放同向端耦合模拟开关器的第5脚、反相端接地、输出端耦合第二运放同相端，第二运放反相端接地、输出端耦合模拟开关器的第12脚。

一级信号增益放大电路包括第三运放，第三运放同向端耦合模拟开关器的第6脚、反相端接地、输出端耦合模拟开关器的第11脚。

比较整形电路包括比较器、调零电位器、正反馈电阻和正反馈电位器；比较器的型号为LM311，其反相端输入被信号放大电路放大后的被测信号，同相端经正反馈电位器后接地，输出端耦合单片机、同时也经正反馈电阻和正反馈电位器后接地。

相比于现有技术，本实用新型的高精度低频频率测试仪的优势在于：其包括信号峰值检波电路、单片机控制电路、信号放大电路和比较整形电路。信号峰值检波电路主要用于检测被测信号的峰值，单片机控制电路对信号进行峰值检测后，控制信号放大电路选择不同放大倍数对信号进行分类放大，比较整形电路将被放大后的被测信号转换为方波，以便单片机控制电路通过计算上升沿的个数来计算频率，最终实现频率测试；通过上述各电路的配合，本频率测试仪可实现测量低频频率(10HZ～100KHZ)，且具有非常高的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型较佳实施例的高精度低频频率测试仪的信号峰值检波电路的电路图。

图2是本实用新型较佳实施例的高精度低频频率测试仪的单片机控制电路的电路图。

图3是本实用新型较佳实施例的高精度低频频率测试仪的信号放大电路的电路图。

图4是本实用新型较佳实施例的高精度低频频率测试仪的比较整形电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

本实用新型的高精度低频频率测试仪包括信号峰值检波电路、单片机控制电路、信号放大电路和比较整形电路。

见图1，信号峰值检波电路主要用于检测被测信号的峰值，以便在后级信号放大电路中选择合适的放大倍数对被测信号进行放大。信号峰值检波电路包括包括采样保持放大器U2、比较器U3、稳压二极管D1和模数转换器U4。

采样保持放大器U2的型号为LF398；其第1脚输入正电压(+15V)；第2脚耦合一偏置调零电位器RP2；第3脚为被测信号输入引脚，输入被测信号(Vi)；第4脚输入负电压(-15V)；第5脚分别与比较器U3和模数转换器U4耦合，输出采样电压值(Vpp)；第6脚耦合一采样保持电容C4；第7脚接地；第8脚为逻辑输入控制端，其耦合比较器U3和稳压二极管D1，该引脚电平为“1”时采样，为“0”时保持。

比较器U3的型号为LM311，工作在比较器状态。比较器U3的同相端输入被测信号(Vi)，反相端与U2第5脚耦合，输出端分别与U2第8脚以及稳压二极管D1耦合，第5、6、8脚耦合调零电位器RP2。

模数转换器U4的型号为ADC0832，其第2脚与U2第5脚耦合，接收输入采样电压值(Vpp)，第1、5、6、7脚与单片机控制电路耦合。

信号峰值检波电路开始工作时，当输入被测信号(Vi)在正半周上升阶段时，U2输出为0，所以U3的同相端电位大于反相端电位，比较输出后，U3的输出端为高电平，稳压二极管D1被击穿并稳压在5V，导致U2第8脚为高电平5V，此时U2工作在信号采样模式。电路工作在采样模式时，当U2第3脚的被测信号处于上升阶段时，U2第5脚的输出值跟随第3脚的电压值，直到第3脚电压出现最大值。当U2第3脚的输入由峰值准备下降时，此时U3同相端小于反相端电位，U3输出端输出低电平，U2第8脚变为低电平，U2工作在保持模式，此时U2的第5脚继续保持上一个电压峰值。该峰值经过U4进行模数转换后送入单片机控制模块，并由单片机控制模块判断被测信号的峰值大小。

见图2，单片机控制电路包括单片机U1及其外围电路，单片机U1的型号为STC89C52RC，分别与模数转换器U4、信号放大电路和比较整形电路耦合；外围电路包括复位电路、晶振电路和显示器电路，其中，复位电路由电阻R1和电容C1组成，晶振电路由电容C2、电容C3和晶振X1组成，晶振频率为12MHz，显示器电路包括显示器LCD和调光电位器RP1，型号为LCD1602，与单片机U1的P0口耦合，用于显示频率值。

见图3，信号放大电路包括模拟开关器U5、二级信号增益放大电路和一级信号增益放大电路。信号放大电路用于对被测信号(Vi)进行增益放大并输出。

模拟开关器U5的型号为MAX309CPE，其第1脚和第16脚为开关选择控制端，分别与单片机U1耦合，接收单片机输出的开关选择控制信号；第8脚为被测信号输入端，输入被测信号(Vi)；第9脚为输出端，与比较整形电路耦合，输出放大后的被测信号(Vf)；第4、13脚为第一开关通道，该第一路开关通道直连；第5、12脚为第二开关通道，二级信号增益放大电路耦合在该第二路开关通道；第6、11脚为第三开关通道，一级信号增益放大电路耦合在该第三路开关通道。

二级信号增益放大电路包括第一运放U6和第二运放U7，第一运放U6同向端耦合模拟开关器U5的第5脚、反相端接地、输出端耦合第二运放U7同相端，第二运放U7反相端接地、输出端耦合模拟开关器U5的第12脚。二级信号增益放大电路即两个同相运算放大电路的串联。

一级信号增益放大电路包括第三运放U8，第三运放U8同向端耦合模拟开关器U5的第6脚、反相端接地、输出端耦合模拟开关器U5的第11脚。一级信号增益放大电路即一个同相运算放大电路。

信号放大电路工作原理为：单片机U1接收到模数转换器U4送来的信号后，对信号进行峰值检测，判断被测信号的峰值大小，向模拟开关器U5输出开关选择控制信号，控制模拟开关器U5选择不同放大倍数的增益放大电路对被测信号进行分类放大。当单片机U1通过峰值检波判断被测信号的峰峰值小于0.1V时，U5的第16脚给定低电平、第1脚给定高电平，U5的第二开关通道导通，此时二级信号增益放大电路开始工作，放大倍数为120倍。当单片机U1通过峰值检波判断被测信号的峰峰值大于0.1V并且小于1V时，模拟开关器U5的第16脚给定高电平、第1脚给定低电平，模拟开关器U5第三开关通道导通，一级信号增益放大电路开始工作，放大倍数为10倍。当单片机U1通过峰值检波判断被测信号的峰峰值大于大于1V时，模拟开关器U5的第16脚给定低电平、第1脚给定低电平，模拟开关器U5第一开关通道导通，此时不对对被测信号进行放大处理，被测信号原始输出。

见图4，比较整形电路包括比较器U9、调零电位器RP3、正反馈电阻R14和正反馈电位器RP4。比较器的型号为LM311，其反相端与模拟开关器U5第9脚耦合，接收输入被信号放大电路放大后的被测信号(Vf)，同相端经正反馈电位器RP4后接地，输出端耦合单片机U1的P3.5口，同时也经正反馈电阻R14和正反馈电位器RP4后接地。正反馈电阻R14构成正反馈网络，因此本比较整形电路具有滞回比较功能，增大电路对相近信号的抗噪声能力，其下限比较值为0V，其上限比较值为5V/(R14+RP4)*RP4。

单片机U1的P3.5口通过检测比较器U9第7脚输出的方波的上升沿信号，统计在同步门控制有效信号段内的脉冲个数，最终计算出频率，并通过显示器显示。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高精度低频频率测试仪，其特征在于：包括信号峰值检波电路、单片机控制电路、信号放大电路和比较整形电路；其中，

信号峰值检波电路包括采样保持放大器、比较器、稳压二极管和模数转换器，被测信号输入到采样保持放大器和比较器，采样保持放大器用于采样被测信号电压值和保持其电压峰值，稳压二极管耦合在采样保持放大器的逻辑输入控制端和比较器的输出端，模数转换器用于将采样保持放大器采样的电压值、并转换为数字信号送给单片机控制电路；

单片机控制电路包括单片机及其外围电路，单片机接收模数转换器送来的数字信号并进行峰值检测，并向信号放大电路输出开关选择控制信号；

信号放大电路包括模拟开关器、二级信号增益放大电路和一级信号增益放大电路，用于对被测信号进行二级增益放大或一级增益放大或零放大，并输出给比较整形电路；

比较整形电路与模拟开关器输出端耦合，接收被信号放大电路处理后的被测信号并转换为方波，并送给单片机计算频率。

2.根据权利要求1所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述采样保持放大器的型号为LF398，其第3脚输入被测信号，第2脚耦合一偏置调零电位器，第5脚输出采样电压值，第6脚耦合一采样保持电容，第8脚为逻辑输入控制端，其耦合比较器输出端以及稳压二极管。

3.根据权利要求1所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述比较器的型号为LM311，其同相端输入被测信号、反相端耦合采样保持放大器的输出端、输出端耦合采样保持放大器的逻辑输入控制端以及稳压二极管。

4.根据权利要求1所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述单片机的型号为STC89C52RC，其外围电路包括复位电路、晶振电路和显示器电路，显示器电路用于显示频率值。

5.根据权利要求1所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述模拟开关器的型号为MAX309CPE，其第1脚和第16脚耦合单片机、输入开关选择控制信号，第8脚输入被测信号，第9脚耦合比较整形电路、输出放大后的被测信号，第一路开关通道直连，所述二级信号增益放大电路耦合在第二路开关通道，所述一级信号增益放大电路耦合在第三路开关通道。

6.根据权利要求5所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述二级信号增益放大电路包括第一运放和第二运放，第一运放同向端耦合模拟开关器的第5脚、反相端接地、输出端耦合第二运放同相端，第二运放反相端接地、输出端耦合模拟开关器的第12脚。

7.根据权利要求5所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述一级信号增益放大电路包括第三运放，第三运放同向端耦合模拟开关器的第6脚、反相端接地、输出端耦合模拟开关器的第11脚。

8.根据权利要求1所述的高精度低频频率测试仪，其特征在于：所述比较整形电路包括比较器、调零电位器、正反馈电阻和正反馈电位器；比较器的型号为LM311，其反相端输入被信号放大电路放大后的被测信号，同相端经正反馈电位器后接地，输出端耦合单片机、同时也经正反馈电阻和正反馈电位器后接地。