技术领域
[0001] 本
发明涉及
电子信息设备检测装置技术领域，特别是涉及一种放大电路的故障检测电路及方法。
背景技术
[0002] 放大电路是使用最为广泛的
电子电路之一，也是构成其他电子电路的
基础单元电路，而保证放大有意义首先要保证放大不失真，即放大后的
信号要与原
输入信号变化规律一致，此时就需要设置合适的静态工作点，它又需要有合适的直流电源和合适的电路参数，这就要求放大电路中元器件的性能合适稳定，任何一个元器件出现故障都有可能影响到静态工作点，静态工作点不稳定甚至发生变化，放大电路就可能会出现失真现象。所以，当电路发生故障时，有一种可以准确判断放大电路某元器件如何故障的方法是极其重要并且是很有意义的。此外，通过查阅资料发现，目前还没有出现有关检测放大电路某元件故障的方法。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种放大电路的故障检测电路及方法，以解决
现有技术无法检测放大电路元件故障的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0005] 一种放大电路的故障检测电路，所述故障检测电路包括：第一分压电路、第一
电压跟随电路、差分放大电路、同相比例放大电路、被测放大电路、第二电压跟随电路、第二分压电路以及
单片机；
[0006] 所述第一分压电路包括第一
电阻R1和第二电阻R2；所述第一电压跟随电路包括第一电压跟随器U1A；所述第一电阻R1的一端连接所述单片机的正弦信号输出端；所述第一电阻R1的另一端连接所述第一电压跟随器U1A的正向输入端；所述第二电阻R2的一端连接所述第一电阻R1的另一端；所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一电压跟随器U1A的反向输入端连接所述第一电压跟随器U1A的输出端；
[0007] 所述差分放大电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二
开关S2以及
差分放大器U3A；所述第三电阻R3的一端连接所述
差分放大器U3A的正向输入端；所述第三电阻R3的另一端连接所述差分放大器U3A的反向输入端；所述第二开关S2与所述第三电阻R3并联；所述第四电阻R4的一端连接所述差分放大器U3A的接电阻端；所述第四电阻R4的另一端连接所述差分放大器U3A的另一接电阻端；所述差分放大器U3A的正向输入端连接所述第一电压跟随器U1A的输出端；所述差分放大器U3A的反向输入端连接所述被测放大电路的输入端；所述差分放大器U3A的输出端接入所述单片机的第一ADC引脚进行ADC采集；
[0008] 所述同相比例放大电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十四电阻R14以及放大器U4A；所述第十一电阻R11的一端连接所述放大器U4A的反向输入端；所述第十一电阻R11的另一端接地；所述第十二电阻R12的一端连接所述放大器U4A的反向输入端；所述第十二电阻R12的另一端连接所述放大器U4A的输出端；所述第十四电阻R14的一端连接所述被测放大电路的输入端；所述第十四电阻R14的另一端连接所述放大器U4A的正向输入端；所述放大器U4A的输出端接入所述单片机的第二ADC引脚进行ADC采集；
[0009] 所述第二电压跟随电路包括第十三电阻R13、第一开关S1以及第二电压跟随器U2A；所述第一开关S1的一端连接所述被测放大电路的输出端；所述第一开关S1的另一端连接所述第十三电阻R13的一端；所述第十三电阻R13的另一端接地；所述第二电压跟随器U2A的正向输入端连接所述第一开关S1的一端；所述第二电压跟随器U2A的反向输入端连接所述第二电压跟随器U2A的输出端；
[0010] 所述第二分压电路包括第九电阻R9和第十电阻R10；所述第九电阻R9的一端连接所述第二电压跟随器U2A的输出端；所述第九电阻R9的另一端接入所述单片机的第三ADC引脚进行ADC采集；所述第十电阻R10的一端连接所述第九电阻R9的另一端；所述第十电阻R10的另一端接地。
[0011] 可选的，所述第一电压跟随器U1A的电源输入端连接电源VCC；所述第一电压跟随器U1A的接地端接地；
[0012] 所述差分放大器U3A的参考电压端连接电源VDD；所述差分放大器U3A的电源输入端连接电源VCC；所述第一电压跟随器U3A的接地端接地；
[0013] 所述放大器U4A的电源输入端连接电源VCC；所述放大器U4A的接地端接地；
[0014] 所述第二电压跟随器U2A的电源输入端连接电源VCC；所述第二电压跟随器U2A的接地端接地。
[0015] 可选的，所述被测放大电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及
三极管Q1；所述第五电阻R5的一端连接电源VCC；所述第五电阻R5的另一端连接所述三极管Q1的基极；所述第六电阻R6的一端连接所述第五电阻R5的另一端；所述第六电阻R6的另一端接地；所述第七电阻R7的一端连接电源VCC；所述第七电阻R7的另一端连接所述三极管Q1的集
电极；所述第八电阻R8的一端连接所述三极管Q1的发射极；所述第八电阻R8的另一端接地；所述第一电容C1的负极连接所述第三电阻R3的另一端；所述第一电容C1的正极连接所述三极管Q1的基极；所述第二电容C2的正极连接所述三极管Q1的发射极；所述第二电容C2的负极接地；所述第三电容C3的一端连接所述三极管Q1的集电极；所述第三电容C3的另一端接地；所述第一电容C1的负极为所述被测放大电路的输入端；所述三极管Q1的集电极为所述被测放大电路的输出端。
[0016] 可选的，所述第三电阻R3的阻值与所述被测放大电路的输入电阻的阻值为同一数量级。
[0017] 一种放大电路的故障检测方法，所述故障检测方法应用于所述的故障检测电路；所述故障检测方法包括：
[0018] 获取第二开关S2断开时，单片机的第一ADC引脚采集的第三电阻R3两端的电压差UR3；
[0019] 获取第二开关S2闭合时，所述单片机的第二ADC引脚采集的放大器U4A的输出端电压U4A；
[0020] 根据所述放大器U4A的输出端电压U4A计算被测放大电路的输入电压Ui；
[0021] 根据所述第三电阻R3两端的电压差UR3和所述被测放大电路的输入电压Ui确定所述被测放大电路的输入电阻Ri；
[0022] 获取第一开关S1断开时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10；
[0023] 获取第一开关S1闭合时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10'；
[0024] 根据所述第一开关S1断开时第十电阻R10的一端的电压UR10以及第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'确定所述被测放大电路的输出电阻Ro；
[0025] 获取所述被测放大电路的幅频特性曲线；
[0026] 根据所述幅频特性曲线确定所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止
频率和下限截止频率；
[0027] 根据所述被测放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro，以及所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率检测所述被测放大电路的故障。
[0028] 可选的，所述根据所述放大器U4A的输出端电压U4A计算被测放大电路的输入电压Ui，具体包括：
[0029] 根据所述放大器U4A的输出端电压U4A，采用公式 计算被测放大电路的输入电压Ui；其中R11为第十一电阻R11的阻值；R12为第十二电阻R12的阻值。
[0030] 可选的，所述根据所述第三电阻R3两端的电压差UR3和所述被测放大电路的输入电压Ui确定所述被测放大电路的输入电阻Ri，具体包括：
[0031] 根据所述第三电阻R3两端的电压差UR3和所述被测放大电路的输入电压Ui，采用公式 计算所述被测放大电路的输入电阻Ri；其中R3为第三电阻R3的阻值。
[0032] 可选的，所述根据所述第一开关S1断开时第十电阻R10的一端的电压UR10以及第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'确定所述被测放大电路的输出电阻Ro，具体包括：
[0033] 根据所述第一开关S1断开时第十电阻R10的一端的电压UR10，采用公式计算所述被测放大电路的
输出电压Uo；其中R9为第九电阻R9的阻值；R10为第十电阻R10的阻值；
[0034] 根据第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'，采用公式计算第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13；
[0035] 根据所述被测放大电路的输出电压Uo以及所述第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13，采用公式 确定所述被测放大电路的输出电阻Ro；其中R13为第十三电阻R13的阻值。
[0036] 根据本发明提供的具体
实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0037] 本发明提供一种放大电路的故障检测电路及方法，所述故障检测电路包括第一分压电路、第一电压跟随电路、差分放大电路、同相比例放大电路、被测放大电路、第二电压跟随电路、第二分压电路以及单片机。通过所述故障检测电路测量被测放大电路的输入电阻和输出电阻；通过扫频求出不同频率下被测放大电路的幅频特性，以此求出被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率；最后，通过所述被测放大电路的输入电阻、输出电阻，以及所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率这五个参数值与标准值的差异分析，最终判断出被测放大电路的故障。与现有技术相比，本发明故障检测电路及方法的设计合理，结构简单，测量
精度高，操作简易，工作稳定，经济简洁，可靠性较高，能够实现放大电路的元件故障检测。
附图说明
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 图1为本发明提供的放大电路的故障检测电路的总电路图；
[0040] 图2为本发明提供的故障检测电路的差分放大电路示意图；
[0041] 图3为本发明提供的故障检测电路的同相比例放大电路示意图；
[0042] 图4为本发明提供的故障检测电路的第二电压跟随电路及第二分压电路示意图；
[0043] 图5为本发明实施例提供的故障检测电路的被测放大电路示意图；
[0044] 图6为本发明提供的被测放大电路的输出电阻测量等效电路示意图；
[0045] 图7为本发明提供的放大电路的故障检测方法的原理图。
具体实施方式
[0046] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 本发明的目的是提供一种放大电路的故障检测电路及方法，以解决现有技术无法检测放大电路元件故障的问题。
[0048] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0049] 图1为本发明提供的放大电路的故障检测电路的总电路图；图2为本发明提供的故障检测电路的差分放大电路示意图；图3为本发明提供的故障检测电路的同相比例放大电路示意图；图4为本发明提供的故障检测电路的第二电压跟随电路及第二分压电路示意图；图5为本发明实施例提供的故障检测电路的被测放大电路示意图。参见图1-图5，本发明提供的所述故障检测电路包括：第一分压电路、第一电压跟随电路、差分放大电路、同相比例放大电路、被测放大电路、第二电压跟随电路、第二分压电路以及单片机(图中未示出)。其中差分放大电路的
输出信号、同相比例放大电路的输出信号以及第二分压电路的输出信号均被单片机采集作为输入信号。之后单片机通过计算所得的输入电阻、输出电阻、幅频特性曲线、上限截止频率和下限截止频率的参数值，并将其与对应的标准值进行差异分析和逐层判断，最终判断出被测放大电路的故障。
[0050] 其中，如图1所示，所述第一分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2。所述第一电压跟随电路包括第一电压跟随器U1A。所述第一电阻R1的一端连接所述单片机的正弦信号输出端，用于实现故障检测电路的正弦信号输入。所述第一电阻R1的另一端连接所述第一电压跟随器U1A的正向输入端(3号引脚)；所述第二电阻R2的一端连接所述第一电阻R1的另一端；所述第二电阻R2的另一端接地。所述第一电压跟随器U1A的反向输入端(2号引脚)连接所述第一电压跟随器U1A的输出端(1号引脚)；所述第一电压跟随器U1A的电源输入端(8号引脚)连接电源VCC；所述第一电压跟随器U1A的接地端(4号引脚)接地。
[0051] 如图1和图2所示，所述差分放大电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二开关S2以及差分放大器U3A。所述第三电阻R3的一端连接所述差分放大器U3A的正向输入端(3号引脚)；所述第三电阻R3的另一端连接所述差分放大器U3A的反向输入端(2号引脚)。所述第二开关S2与所述第三电阻R3并联。所述第四电阻R4的一端连接所述差分放大器U3A的接电阻端(1号引脚)；所述第四电阻R4的另一端连接所述差分放大器U3A的另一接电阻端(8号引脚)；所述差分放大器U3A的正向输入端(3号引脚)连接所述第一电压跟随器U1A的输出端(1号引脚)；所述差分放大器U3A的反向输入端(2号引脚)连接所述被测放大电路的输入端；所述差分放大器U3A的输出端(6号引脚)则直接接入所述单片机的第一ADC引脚进行ADC采集。所述差分放大器U3A的参考电压端(5号引脚)连接电源VDD；所述差分放大器U3A的电源输入端(7号引脚)连接电源VCC；所述第一电压跟随器U3A的接地端(4号引脚)接地。
[0052] 如图1和图3所示，所述同相比例放大电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十四电阻R14以及放大器U4A。所述第十一电阻R11的一端连接所述放大器U4A的反向输入端(2号引脚)；所述第十一电阻R11的另一端接地；所述第十二电阻R12的一端连接所述放大器U4A的反向输入端(2号引脚)；所述第十二电阻R12的另一端连接所述放大器U4A的输出端(1号引脚)；所述第十四电阻R14的一端连接所述被测放大电路的输入端；所述第十四电阻R14的另一端连接所述放大器U4A的正向输入端(3号引脚)；所述放大器U4A的输出端(1号引脚)则直接接入所述单片机的第二ADC引脚进行ADC采集。所述放大器U4A的电源输入端(8号引脚)连接电源VCC；所述放大器U4A的接地端(4号引脚)接地。
[0053] 如图1和图4所示，所述第二电压跟随电路包括第十三电阻R13、第一开关S1以及第二电压跟随器U2A。其中，所述第一开关S1的一端连接所述被测放大电路的输出端；所述第一开关S1的另一端连接所述第十三电阻R13的一端；所述第十三电阻R13的另一端接地。所述第二电压跟随器U2A的正向输入端(3号引脚)连接所述第一开关S1的一端；所述第二电压跟随器U2A的反向输入端(2号引脚)连接所述第二电压跟随器U2A的输出端(1号引脚)；所述第二电压跟随器U2A的电源输入端(8号引脚)连接电源VCC；所述第二电压跟随器U2A的接地端(4号引脚)接地。
[0054] 所述第二分压电路包括第九电阻R9和第十电阻R10。所述第九电阻R9的一端连接所述第二电压跟随器U2A的输出端(1号引脚)；所述第九电阻R9的另一端则直接接入所述单片机的第三ADC引脚进行ADC采集；所述第十电阻R10的一端连接所述第九电阻R9的另一端；所述第十电阻R10的另一端接地。
[0055] 如图1和图5所示，作为本发明的一种实施例，所述被测放大电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及三极管Q1。所述第五电阻R5的一端连接电源VCC；所述第五电阻R5的另一端连接所述三极管Q1的基极；所述第六电阻R6的一端连接所述第五电阻R5的另一端；所述第六电阻R6的另一端接地；所述第七电阻R7的一端连接电源VCC；所述第七电阻R7的另一端连接所述三极管Q1的集电极；所述第八电阻R8的一端连接所述三极管Q1的发射极；所述第八电阻R8的另一端接地；所述第一电容C1的负极连接所述第三电阻R3的另一端；所述第一电容C1的正极连接所述三极管Q1的基极；所述第二电容C2的正极连接所述三极管Q1的发射极；所述第二电容C2的负极接地；所述第三电容C3的一端连接所述三极管Q1的集电极；所述第三电容C3的另一端接地；
所述三极管Q1的基极连接所述第五电阻R5的另一端；所述三极管Q1的发射极连接所述第八电阻R8的一端；所述三极管Q1的集电极连接所述第七电阻R7的另一端。所述第一电容C1的负极为所述被测放大电路的输入端；所述三极管Q1的集电极为所述被测放大电路的输出端。
[0056] 其中，所述第一分压电路的输入信号是
正弦波信号，为保证放大电路输出
波形不失真，此处需要利用分压电路进行分压，电阻R2则直接接地。而第一电阻R1与第二电阻R2之间需连接第一电压跟随器U1A的输入。
[0057] 所述第一电压跟随器U1A、所述第二电压跟随器U2A以及所述所述放大器U4A均采用LM358D型
运算放大器。所述第一电压跟随器U1A中的输入信号引入的是两电阻R1、R2之间的电压信号，并且其信号从运放U1A的正向输入端输入，输出端接电阻R3。利用电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能
力的作用，并且由于共集电路输入阻抗高、输出阻抗低的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得第一电压跟随器更好地工作。
[0058] 所述差分放大电路采用AD620AN型差分放大芯片U3A，其两输入引脚分别连接在已知电阻R3的两端，通过测量电阻R3两端的电压，得到流过测量电阻R3的
电流。使用单片机作为主控，由其正弦信号输出端(DAC引脚)输出正弦波，采用差分放大器U3A对
采样电阻R3两端的电压进行放大，差分放大器U3A的输出可被单片机ADC采集。
[0059] 所述同相比例电路的放大器U4A的正向输入端通过一个电阻R14连接到被测放大电路的输入端并且与另一个电阻R3并联，利用该电路对输入电压进行放大，并利用单片机采集输出电压。放大器U4A的反向输入端通过连接电阻R11后接地。
[0060] 图5所示为本领域常用的一个基本的放大电路，通过利用三极管Q1实现放大器电路的功能。三极管Q1的型号为2N5551。
[0061] 所述第二电压跟随器U2A的同向输入端接被测放大电路的输出端，反向输入端则直接接入到放大器U2A输出端。利用电压跟随器U2A起缓冲、隔离、提高带载能力的作用，并且由于共集电路输入阻抗、输出阻抗低的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得第二电压跟随电路更好地工作。第二电压跟随器U2A的输出端则直接接第二分压电路的两个电阻之间。
[0062] 所述第二分压电路的输入信号接第二电压跟随器U2A的输出端，为保证放大电路输出波形不失真，此处需要利用分压电路进行分压。第十电阻R10则直接接地。并且，第九电阻R9的输出可被单片机ADC直接采集。
[0063] 采用所述故障检测电路判断某特定放大电路由于元器件变化而引起故障或变化的原因的过程，包括:
[0064] (1)通过测量放大电路的输入电阻判断电路故障。
[0065] 所述被测放大电路的输入电阻通过“
串联电阻法”进行测量，在被测放大电路(如图5所示)与输入的正弦信号之间串入一个已知标准电阻，如图1总电路中的第三电阻R3，通过差分放大电路(如图2所示)测出该电阻R3两端电压差UR3，再除以其电阻值R3，即可求出通过该电阻的电流，该电流也为放大电路的输入电流Ii，被测放大电路(如图5所示)的输入电压Ui可以通过同相比例放大电路(如图3所示)测量得出。
[0066] 综上，被测放大电路的输入电阻Ri的表达式如下：
[0067]
[0068] 其中第三电阻R3两端电压差UR3是通过差分放大电路(如图4所示)测量得到的，而被测放大电路的输入电压Ui是由同相比例放大电路(如图3所示)求得的。当所述第二开关S2断开时，所述差分放大器U3A的输出端(6号引脚)电压(即所述单片机的第一ADC引脚采集的电压)即为第三电阻R3两端电压差UR3。当所述第二开关S2闭合时，所述第三电阻R3被
短路，此时所述放大器U4A的输出端(1号引脚)电压(即所述单片机的第二ADC引脚采集的电压)为U4A。所述同相比例放大电路的输出端电压U4A与被测放大电路的输入电压Ui的关系如下式所示：
[0069]
[0070] 其中R11为第十一电阻R11的阻值；R12为第十二电阻R12的阻值。
[0071] 则根据所述单片机的第二ADC引脚采集的电压U4A即可计算出被测放大电路的输入电压Ui。
[0072] 除此之外，第三电阻R3的值不宜取得过大，过大会引入干扰；但也不宜取得太小，太小易引起较大的测量误差。最好取所述第三电阻R3的阻值R3与所述被测放大电路的输入电阻Ri的阻值为同一数量级。
[0073] 本发明所述输入电压Ui的测量由同相比例放大电路得出，其电压输出量U4A可被单片机ADC与DMA(DirectMemoryAccess，直接内存存取)直接采集，并定时取值，可求出被测放大电路的输入电压Ui。该输入电压Ui除以输入电流Ii得到输入电阻Ri。
[0074] 总结而言，本发明通过同相比例放大电路得到被测放大电路的输入电压Ui，通过差分放大电路得到被测放大电路的输入电流Ii，从而根据Ui和Ii的比值得到被测单路的输入电阻Ri。
[0075] (2)通过测量放大电路的输出电阻判断电路故障。
[0076] 图6为本发明提供的被测放大电路的输出电阻测量等效电路示意图。如图1和图6所示，所述被测放大电路输出电阻Ro的测量思路为：将被测放大电路的输出端等效成一个理想电压源Uo，将所述被测放大电路的串并联电阻之和等效为输出电阻Ro，将整个被测放大电路等效为理想电压源Uo与输出电阻Ro相串联(如图6所示)，并在其输入端加入US电压，分别测出未接和接入负载RL时放大电路的输出电压Uo和UL值，然后利用公式法求被测放大电路的输出阻抗，被测放大电路的输出电阻表达式为：
[0077]
[0078] 本发明的故障检测电路中，采用第十三电阻R13作为负载RL，输入端加入的US电压就相当于输入被测放大电路的电压信号，即第一电容C1负极端的电压信号。
[0079] 则第一开关S1闭合接入第十三电阻R13时，第十电阻R10一端的电压UR10'与负载电压UL有关，其关系表达式如下：
[0080]
[0081] 其中R9为第九电阻R9的阻值；R10为第十电阻R10的阻值。则根据第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'即可计算第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13，电压UR13为三极管Q1集电极端的电压，相当于被测放大电路输出端的电压，即作为负载电压UL。
[0082] 而第一开关S1断开未接入第十三电阻R13时，第十电阻R10一端的电压UR10与被测放大电路的输出电压Uo有关，其关系表达式如下：
[0083]
[0084] 则所述被测放大电路的输出电压Uo与所述第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13的关系如下：
[0085]
[0086] 则根据所述被测放大电路的输出电压Uo与所述第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13即可确定所述被测放大电路的输出电阻Ro；其中R13为第十三电阻R13的阻值。
[0087] (3)通过使用单片机DAC扫频，测量不同频率下的开环增益，画出幅频特性曲线，以此求出增益及上限截止频率和下限截止频率来判断电路故障。
[0088] 通过使用单片机DAC扫频采集分析得到被测放大电路的幅频特性曲线，所述幅频特性曲线表示的是被测放大电路输出电压Uo与输入电压Ui的比值(即增益)与频率的关系，因此所述放大电路增益的测量以及其上、下限截止频率的测量可通过幅频特性曲线求得。
[0089] 根据所述幅频特性曲线可以很直接的求出被测放大电路在1KHz的增益以及在1KHz的上限截止频率和下限截止频率这三个参数。其中上限截止频率和下限截止频率为增益降到中频增益的 时所对应的截止频率。
[0090] 则根据前文得到的被测放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro、被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率这五个参数，通过该五个参数值与其标准值的差异分析，逐层判断，即可最终判断出被测放大电路的故障。由于通过测量所得到的以上五个参数每次测量都会随着被测放大电路的变化而变化，并没有非常确定的值，因此在实际应用时，要根据具体放大电路各个元件的参数值判断出放大器电路具体何处故障以及故障的原因。
[0091] 本发明所提供的新型的一种用来判断放大器电路何处故障的故障检测电路，利用差分放大电路测量采样电阻R3的压降变化，由于采样电阻R3阻值已知，则可得到被测放大电路的输入电流变化。由于被测放大电路的输入信号较小，则采用同相比例放大电路将其输入信号放大，进入单片机的ADC采集
接口，可得到被测放大电路的输入电压变化。由于被测放大电路的输出信号电压较大，无法直接测量，则其测量电路利用第二电压跟随器，由于电压跟随器输入阻抗大，对输出信号影响微弱，获得电压跟随器输出电压后，利用分压电路，衰减至单片机IO口可测量范围，完成被测放大电路输出信号的采集。本发明故障检测电路设计合理，结构简单，测量精度高，操作简易，工作稳定，经济简洁，可靠性较高，能够用于实现放大电路的故障元件及故障原因检测。
[0092] 基于本发明提供的故障检测电路，本发明还提供一种放大电路的故障检测方法，图7为本发明提供的放大电路的故障检测方法的原理图。参见图7，本发明所述故障检测方法包括：
[0093] 步骤1：获取第二开关S2断开时，单片机的第一ADC引脚采集的第三电阻R3两端的电压差UR3。
[0094] 步骤2：获取第二开关S2闭合时，所述单片机的第二ADC引脚采集的放大器U4A的输出端电压U4A。
[0095] 每次测量时都需按下故障检测电路的总开关按钮进行DAC的输出并且收集ADC信息，其中DAC输出是单片机输出的正弦信号(如图1所示)，收集的ADC信息包括：第二开关S2断开时，单片机的第一ADC引脚采集的第三电阻R3两端的电压差UR3；第二开关S2闭合时，所述单片机的第二ADC引脚采集的放大器U4A的输出端电压U4A；第一开关S1断开时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10；以及第一开关S1闭合时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10'。
[0096] 步骤3：根据所述放大器U4A的输出端电压U4A计算被测放大电路的输入电压Ui；具体包括：
[0097] 根据所述放大器U4A的输出端电压U4A，采用公式 计算被测放大电路的输入电压Ui；其中R11为第十一电阻R11的阻值；R12为第十二电阻R12的阻值。
[0098] 步骤4：根据所述第三电阻R3两端的电压差UR3和所述被测放大电路的输入电压Ui确定所述被测放大电路的输入电阻Ri。
[0099] 本发明通过“串联电阻法”，在被测放大电路与信号源之间串入一个已知标准电阻R3，通过测出采样电阻R3两端电压，其输出可被单片机ADC直接采集，即可求出被测放大电路的输入电流；通过同相比例放大电路将输入信号放大一定的倍数，其输出可被单片机ADC直接采集，即可求出被测放大电路的输入电压；结合图2中的差分放大电路，利用芯片AD620求输入电流，及图3中的同相比例放大电路，利用芯片LM358求输入电压，即可通过取被测放大电路的输入电压与输入电流的有效值，并将其两者相比即可得出输入电阻；具体为：
[0100] 根据所述第三电阻R3两端的电压差UR3和所述被测放大电路的输入电压Ui，采用公式 计算所述被测放大电路的输入电阻Ri；其中R3为第三电阻R3的阻值。
[0101] 步骤5：获取第一开关S1断开时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10。
[0102] 步骤6：获取第一开关S1闭合时，所述单片机的第三ADC引脚采集的第十电阻R10的一端的电压UR10'。
[0103] 步骤7：根据所述第一开关S1断开时第十电阻R10的一端的电压UR10以及第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'确定所述被测放大电路的输出电阻Ro。
[0104] 被测放大电路可以等效成一个理想电压源Uo和Ro相串联。在放大电路输入端加入US电压，分别测出未接和接入R13时放大电路的输出电压UR10和UR10'值，则可求出输出电阻；具体包括：
[0105] 根据所述第一开关S1断开时第十电阻R10的一端的电压UR10，采用公式计算所述被测放大电路的输出电压Uo；其中R9为第九电阻R9的阻值；R10为第十电阻R10的阻值；
[0106] 根据第一开关S1闭合时第十电阻R10的一端的电压UR10'，采用公式计算第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13；
[0107] 根据所述被测放大电路的输出电压Uo以及所述第一开关S1闭合时第十三电阻R13两端的电压UR13，采用公式 确定所述被测放大电路的输出电阻Ro；其中R13为第十三电阻R13的阻值。
[0108] 步骤8：获取所述被测放大电路的幅频特性曲线。
[0109] 如果要对于放大电路各元件如何故障作出判断，就需要求出被测放大电路的输入电阻、输出电阻，并在1KHz频率下进行理论分析及仿真，之后，通过扫频求出被测放大电路在不同频率下的幅频特性，以此求出被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率，通过该五个参数值与标准值的差异分析，逐层判断，最终判断出故障。
[0110] 步骤9：根据所述幅频特性曲线确定所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率。
[0111] 所述放大电路增益的测量以及上下限截止频率的测量可通过幅频特性曲线求得，对阻容耦合放大器，由于耦合电容及射极电容的存在，使增益Av随信号频率的降低而降低；又因分布电容的存在及受晶体管截止频率的限制，使Av随信号频率的升高而降低。仅中频段，这些电容的影响才可忽略。本发明通过MATLAB计算放大电路不同频率时的增益Av，并对此放大电路的幅频特性曲线进行仿真，得到所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率。
[0112] 本发明通过扫频求出不同频率下的幅频特性，以此求出被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率；通过参数值与标准值的差异分析，逐层判断，最终判断出故障。
[0113] 步骤10：根据所述被测放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro，以及所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率检测所述被测放大电路的故障。
[0114] 在求出输入电阻、输出电阻在1kHz频率下进行理论分析及仿真之后，通过扫频求出不同频率下的幅频特性，以此求出被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率，通过参数值与标准值的差异分析，逐层判断，最终判断出被测放大电路的故障。
[0115] 本发明故障检测方法通过所述故障检测电路测量被测放大电路的输入电阻和输出电阻；通过扫频求出不同频率下被测放大电路的幅频特性，以此求出被测放大电路在1KHz的增益以及上限截止频率和下限截止频率；最后，通过所述被测放大电路的输入电阻、输出电阻，以及所述被测放大电路在1KHz的增益、上限截止频率和下限截止频率这五个参数值与标准值的差异分析，最终判断出被测放大电路的故障。与现有技术相比，本发明故障检测电路及方法设计合理，结构简单，测量精度高，操作简易，工作稳定，经济简洁，可靠性较高，能够用来判断某特定放大电路由于元器件变化而引起故障或变化的原因。
[0116] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0117] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
