一种软磁材料交流磁特性自动测试平台的电路系统的制作方法

本发明属于自动测试领域，尤其涉及一种软磁材料交流磁特性自动测试平台的电路系统。

背景技术：

软磁材料具有很高的导磁性，也即该类材料具有很高的磁导率。软磁材料的高磁导率使其具有很好的聚集磁力线的作用，被广泛的应用到越来越多的领域。例如，软磁材料被使用某些传感器的铁芯、磁屏蔽罩等。近年来，软磁材料在电子信息领域也得到广泛的应用，其工作频率也越来越高。在进行软磁材料的研究与生产时，对其磁特性数据的采集尤其重要。目前对于软磁材料的特性主要分为静态磁性和动态磁性，其中动态磁特性也称为交流特性。对交流特性的测试方案主要有两种，分别爱波斯坦方圈法和环形样件法。两种设计方案中，功率放大模块是其关键部分。现有的测试方法主要通过示波器，该方法的缺点在于不能得到无失真的磁滞，而且测试效率低下，不能够用于产业化测试。

技术实现要素：

功率放大器是磁场材料测试系统的关键部分，本发明设计了宽带运算放大器。该放大器的工作频率范围为5-106hz。本发明设计的运算放大模块的主要分为4个部分，分别为前置放大部分、驱动放大部分、功率方法部分、反馈部分、供电部分。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种软磁材料交流磁特性自动测试平台的电路系统，包括控制模块、信号发生器、数据采集模块，其特征在于：功率放大模块由前置放大部分、信号驱动部分、功率放大部分、信号反馈部分、供电部分组成。

进一步的：所述的前置放大部分接收外部输入信号、对其进行滤波和放大、作为下一级信号驱动部分的驱动信号、信号驱动部分对前一级输出的信号进行二次放大、主要是对信号的电压放大、二级放大后的信号作为下一级功率放大部分的输入信号功率放大对二级放大电路的信号进行电流放大、放大后的信号分两部分输出、一部分作为反馈部分的输入、另一部分作为输出信号、反馈部分将输入信号进行处理、输出到前置放大部分、对信号进行调理。

进一步的：所述前置放大部分由接地端gnd、端子输入j1、二极管d1、二极管d2、电阻r6、电阻r11、电阻r15、电阻r16、电阻r19、电容c6、电容c17、电容c18、电源、运算放大器tlo31组成，其连接关系是：接地端gnd连接端子输入j1一端、端子输入j1另一端连接运算放大器tlo31正极输入端in+同时连接二极管d1一端、二极管d1一端连接二极管d2一端、二极管d1另一端连接二极管d2另一端同时连接接地端gnd、二极管d2一端连接电阻r15另一端、另一端连接电阻r16另一端，运算放大器tlo31负极输入端in-连接电阻r6一端、运算放大器tlo31offsetn1连接电阻r6另一端、电阻r6一端连接电容c6一端同时连接接地端gnd、电阻r6另一端连接电容c6另一端、运算放大器tlo31offsetn1vcc端接电源、运算放大器tlo31offsetn1输出端out连接电阻r11另一端，电阻r11一端连接电阻r19另一端同时连接电阻r15一端电阻r16一端、电阻r16另一端连接电容c17一端、电容c17一端连接电容c18一端、电容c17另一端连接电容c18另一端、电容c18一端连接电阻r19一端、电容c18另一端连接电阻r19另一端、电阻r19一端连接信号驱动部分一端、电阻r19另一端连接信号驱动部分另一端。

进一步的：所述信号驱动部分由电源、接地端gnd、可调电阻r1、可调电阻r4、电阻r7、电阻r12、电阻r18、电阻r20、电容c1、电容c2、电容c7、电容c8、电容c11、电容c14、电容c19、电容c20场效应管q2组成，其连接关系是：驱动电路输入另一端连接电阻r12一端同时连接场效应管q2一端、电阻r12另一端连接可调电阻r4一端、可调电阻r4另一端同时连接电源正极和可调电阻r1一端电容c1一端电容c2一端电容c7一端电容c8一端、电容c7另一端电容c8另一端连接接地端gnd、可调电阻r1另一端电容c1另一端电容c2另一端连接电阻r7一端、电阻r7另一端连接场效应管q2另一端、场效应管q2第三端连接电阻r18一端电容c11一端、电容c14一端、电容c11另一端、电容c14另一端连接输出另一端、电阻r18另一端连接电阻r20一端、电阻r20另一端连接电源负极和驱动电路输入一端电容c19一端电容c20一端输出一端、电容c19另一端电容c20另一端连接接地端gnd。

进一步的：所述功率放大部分由电源、运算放大器tlo31、电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r13、电阻r14、电阻r17、电容c3、电容c4、电容c5、电容c9、电容c10、电容c12、电容c13、电容c15、电容c16、场效应管q1、场效应管q3、电感器l1、电感器l2、电感器l3、电感器l4、保护器件f1、保护器件f2、保护器件f3、保护器件f4、接地端gnd组成、端子输出j2，其连接关系是：功率放大输入另一端连接电阻r9另一端、功率放大输入一端连接电阻r9一端电阻r13一端、电阻r13另一端连接电容c12一端电容c13一端运算放大器tlo31out端、运算放大器tlo31vcc端连接电源正极、运算放大器tlo31in-端连接电阻r3一端、运算放大器tlo31offsetn1端连接电阻r2一端电容c3一端、电容c3另一端电阻r3另一端电阻r2另一端连接接地端gnd、电容c12另一端电容c13另一端连接电阻r10一端、电阻r10另一端连接电阻r5一端电容c9一端电容c10一端电阻r17一端、电阻r5另一端连接场效应管q1一端、场效应管q1另一端连接电源负极电容c4一端电容c5一端、电容c4另一端电容c5另一端连接接地端gnd、电容c9另一端电容c10另一端同时连接电感器l2一端电感器l3一端端子输出j2一端、电感器l2另一端连接保护器件f2一端、保护器件f2另一端连接保护器件f1一端、保护器件f1另一端连接电感器l1一端、电感器l1另一端连接电阻r8一端、电阻r8另一端连接场效应管q1第三端、、电感器l3另一端连接保护器件f3一端、保护器件f3另一端连接保护器件f4一端、保护器件f4另一端连接电感器l4一端、电感器l4另一端连接电阻r14一端、电阻r14另一端连接场效应管q3一端、电阻r17另一端连接场效应管q3另一端、场效应管q3第三端连接电源负极电容c15一端电容c16一端端子输出j2另一端、电容c15另一端电容c16另一端连接接地端gnd。

进一步的：所述前置放大电路信号由j1端子输入、经tl031进行前置放大、然后由前置放大输出部分输出至驱动电路部分、驱动电路由型号为irfp9104场效应管与其他集总元器件组成、电容c12、c20组成滤波电路、对驱动电路输出的信号进行滤波、驱动电路输出信号由图中所标注的驱动电路输出端输出至功率放大电路、前置放大的输入信号作为irfp9104的驱动电压、控制irfp9104的断开频率、实现对信号的电压放大、irfp9104的源极和漏极的供电电压分别为dc/+15v和dc/-15v、并通过可调电阻r1、r4、r7、r12提供直流偏置电压、实现其工作状态调节、功率放大级电路由tl031及其他集总元器件构成、c11、c14、c12、c13用于滤除直流信号、通过交流信号、r10、c9、c10将输出信号反馈到tl031的输入端、构成反馈电路、f1、f2主要为了保护大电流烧坏电路板情况不发生、当有大电流时f1、f2能够迅速熔断、f3、f4为zi2恢复保险丝，能够抑制大电流的浪涌作用。

一种软磁材料交流磁特性自动测试平台的电路系统的流程，包括以下步骤：

步骤（1），前置放大部分接收外部输入信号，对其进行滤波和放大，作为下一级信号驱动部分的驱动信号；

步骤（2），信号驱动电路对前一级输出的信号进行二次放大，主要是对信号的电压放大，二级放大后的信号作为下一级功率放大器的输入信号；

步骤（3），功率放大对二级放大电路的信号进行电流放大，放大后的信号分两部分输出，一部分作为反馈部分的输入，另一部分作为输出信号；

步骤（4），反馈部分将输入信号进行处理，输出到前置放大部分，对信号进行调理。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的软磁材料交流磁特性测试系统框图。

图2是本发明的功率放大模块框图。

图3是本发明的功率放大模块的前置放大电路。

图4是本发明的功率放大模块的驱动电路。

图5是本发明的功率放大模块的功率放大电路。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1本发明设计的软磁材料交流磁特性测试系统主要包括控制模块、信号发生器、功率放大器、数据采集模块，为了达到必要的测试条件，需要一定功率才能够进行测试，ni公司flexrio设备是一款高频信号发生器，其输出功率相当稳定，flexrio接收到控制计算机的信号后，输出测试所需信号，但是输出的功率不能够满足测试要求，需要进一步放大。

对flexrio输出的信号进行放大，将输出的信号接入vs5102。vs5012可以很好的替代传统的hs3，使得整个测试系统较为经济。

vs25102输出得电压信号，经过ni-pci6221输入计算机，在计算机中使用labview软件对采集到数据进行处理。

请参阅图2功率放大器是磁场材料测试系统设计的关键部分，本发明设计了宽带运算放大器。该放大器的工作频率范围为5-106hz，本发明设计的运算放大模块的主要分为4个部分，分别为前置放大部分、驱动放大部分、功率方法部分、反馈部分、供电部分。

请参阅图3前置放大电路信号由j1端子输入，经tl031进行前置放大，然后由图中所标注的前置放大输出部分输出至驱动电路部分。驱动电路由型号为irfp9104场效应管与其他集总元器件组成，电容c12、c20组成滤波电路，对驱动电路输出的信号进行滤波，驱动电路输出信号由图中所标注的驱动电路输出端输出至功率放大电路；前置放大电路采用tlo31运算放大器，该放大器具有输入阻抗大、转换速率快的特点，适合小信号放大，且具有较大的频带宽度、供电电压范围，其部分参数如下：

1增益带宽生成：1.1mhz；

2共模抑制比—最小值：75db；

3输入补偿电压：0.8mv；

4输入偏压电流—最大：200pa；

5工作电源电压：10vto30v,+/-5vto+/-15v；

6转换速度：5.1v/us；

7输出电流：40ma；

8最大工作温度：+85c；

9最大双重电源电压：+/-15v；

10最小双重电源电压：+/-5v；

11最小工作温度：-40c。

请参阅图4前置放大的输入信号作为irfp9104的驱动电压，控制irfp9104的断开频率，实现对信号的电压放大，irfp9104的源极和漏极的供电电压分别为dc/+15v和dc/-15v，并通过可调电阻r1、r4、r7、r12提供直流偏置电压，实现其工作状态调节。

请参阅图5功率放大级电路由tl031及其他集总元器件构成，c11、c14、c12、c13用于滤除直流信号、通过交流信号，r10、c9、c10将输出信号反馈到tl031的输入端，构成反馈电路。f1、f2主要为了保护大电流烧坏电路板情况不发生，当有大电流时f1、f2能够迅速熔断。f3、f4为zi2恢复保险丝，能够抑制大电流的浪涌作用。

具体来说，参阅图1-5，一种软磁材料交流磁特性自动测试平台的电路系统，包括控制模块、信号发生器、数据采集模块，其特征在于：功率放大模块由前置放大部分、信号驱动部分、功率放大部分、信号反馈部分、供电部分组成。

所述的前置放大部分接收外部输入信号、对其进行滤波和放大、作为下一级信号驱动部分的驱动信号、信号驱动部分对前一级输出的信号进行二次放大、主要是对信号的电压放大、二级放大后的信号作为下一级功率放大部分的输入信号功率放大对二级放大电路的信号进行电流放大、放大后的信号分两部分输出、一部分作为反馈部分的输入、另一部分作为输出信号、反馈部分将输入信号进行处理、输出到前置放大部分、对信号进行调理。

所述前置放大部分由接地端gnd、端子输入j1、二极管d1、二极管d2、电阻r6、电阻r11、电阻r15、电阻r16、电阻r19、电容c6（有极性电容）、电容c17（有极性电容）、电容c18（无极性电容）、电源、运算放大器tlo31组成，其连接关系是：接地端gnd连接端子输入j1一端、端子输入j1另一端连接运算放大器tlo31正极输入端in+同时连接二极管d1一端、二极管d1一端连接二极管d2一端、二极管d1另一端连接二极管d2另一端同时连接接地端gnd、二极管d2一端连接电阻r15另一端、另一端连接电阻r16另一端，运算放大器tlo31负极输入端in-连接电阻r6一端、运算放大器tlo31offsetn1连接电阻r6另一端、电阻r6一端连接电容c6（有极性电容）一端同时连接接地端gnd、电阻r6另一端连接电容c6（有极性电容）另一端、运算放大器tlo31offsetn1vcc端接电源、运算放大器tlo31offsetn1输出端out连接电阻r11另一端，电阻r11一端连接电阻r19另一端同时连接电阻r15一端电阻r16一端、电阻r16另一端连接电容c17（有极性电容）一端、电容c17（有极性电容）一端连接电容c18（无极性电容）一端、电容c17（有极性电容）另一端连接电容c18（无极性电容）另一端、电容c18（无极性电容）一端连接电阻r19一端、电容c18（无极性电容）另一端连接电阻r19另一端、电阻r19一端连接信号驱动部分一端、电阻r19另一端连接信号驱动部分另一端。

所述信号驱动部分由电源、接地端gnd、可调电阻r1、可调电阻r4、电阻r7、电阻r12、电阻r18、电阻r20、电容c1（有极性电容）、电容c2（无极性电容）、电容c7（有极性电容）、电容c8（无极性电容）、电容c11（有极性电容）、电容c14（无极性电容）、电容c19（有极性电容）、电容c20（无极性电容）场效应管q2组成，其连接关系是：驱动电路输入另一端连接电阻r12一端同时连接场效应管q2一端、电阻r12另一端连接可调电阻r4一端、可调电阻r4另一端同时连接电源正极和可调电阻r1一端电容c1一端（有极性电容）电容c2一端（无极性电容）电容c7一端（有极性电容）电容c8一端（无极性电容）、电容c7另一端（有极性电容）电容c8另一端（无极性电容）连接接地端gnd、可调电阻r1另一端电容c1另一端（有极性电容）电容c2另一端（无极性电容）连接电阻r7一端、电阻r7另一端连接场效应管q2另一端、场效应管q2第三端连接电阻r18一端电容c11（有极性电容）一端、电容c14一端（无极性电容）、电容c11（有极性电容）另一端、电容c14另一端（无极性电容）连接输出另一端、电阻r18另一端连接电阻r20一端、电阻r20另一端连接电源负极和驱动电路输入一端电容c19一端（有极性电容）电容c20一端（无极性电容）输出一端、电容c19另一端（有极性电容）电容c20另一端（无极性电容）连接接地端gnd。

所述功率放大部分由电源、运算放大器tlo31、电阻r2、电阻r3、电阻r5、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r13、电阻r14、电阻r17、电容c3（有极性电容）、电容c4（有极性电容）、电容c5（无极性电容）、电容c9（无极性电容）、电容c10（有极性电容）、电容c12（有极性电容）、电容c13（无极性电容）、电容c15（有极性电容）、电容c16（无极性电容）、场效应管q1、场效应管q3、电感器l1、电感器l2、电感器l3、电感器l4、保护器件f1、保护器件f2、保护器件f3、保护器件f4、接地端gnd组成、端子输出j2，其连接关系是：功率放大输入另一端连接电阻r9另一端、功率放大输入一端连接电阻r9一端电阻r13一端、电阻r13另一端连接电容c12一端（有极性电容）电容c13一端（无极性电容）运算放大器tlo31out端、运算放大器tlo31vcc端连接电源正极、运算放大器tlo31in-端连接电阻r3一端、运算放大器tlo31offsetn1端连接电阻r2一端电容c3（有极性电容）一端、电容c3（有极性电容）另一端电阻r3另一端电阻r2另一端连接接地端gnd、电容c12另一端（有极性电容）电容c13另一端（无极性电容）连接电阻r10一端、电阻r10另一端连接电阻r5一端电容c9一端（无极性电容）电容c10一端（有极性电容）电阻r17一端、电阻r5另一端连接场效应管q1一端、场效应管q1另一端连接电源负极电容c4一端（有极性电容）电容c5（无极性电容）一端、电容c4另一端（有极性电容）电容c5（无极性电容）另一端连接接地端gnd、电容c9另一端（无极性电容）电容c10另一端（有极性电容）同时连接电感器l2一端电感器l3一端端子输出j2一端、电感器l2另一端连接保护器件f2一端、保护器件f2另一端连接保护器件f1一端、保护器件f1另一端连接电感器l1一端、电感器l1另一端连接电阻r8一端、电阻r8另一端连接场效应管q1第三端、电感器l3另一端连接保护器件f3一端、保护器件f3另一端连接保护器件f4一端、保护器件f4另一端连接电感器l4一端、电感器l4另一端连接电阻r14一端、电阻r14另一端连接场效应管q3一端、电阻r17另一端连接场效应管q3另一端、场效应管q3第三端连接电源负极电容c15一端（有极性电容）电容c16一端（无极性电容）端子输出j2另一端、电容c15另一端（有极性电容）电容c16另一端（无极性电容）连接接地端gnd。

所述前置放大电路信号由j1端子输入、经tl031进行前置放大、然后由前置放大输出部分输出至驱动电路部分、驱动电路由型号为irfp9104场效应管与其他集总元器件组成、电容c12、c20组成滤波电路、对驱动电路输出的信号进行滤波、驱动电路输出信号由图中所标注的驱动电路输出端输出至功率放大电路、前置放大的输入信号作为irfp9104的驱动电压、控制irfp9104的断开频率、实现对信号的电压放大、irfp9104的源极和漏极的供电电压分别为dc/+15v和dc/-15v、并通过可调电阻r1、r4、r7、r12提供直流偏置电压、实现其工作状态调节、功率放大级电路由tl031及其他集总元器件构成、c11、c14、c12、c13用于滤除直流信号、通过交流信号、r10、c9、c10将输出信号反馈到tl031的输入端、构成反馈电路、f1、f2主要为了保护大电流烧坏电路板情况不发生、当有大电流时f1、f2能够迅速熔断、f3、f4为zi2恢复保险丝，能够抑制大电流的浪涌作用。