学生做的是一个滤波器,焊接在一个万用板上,对外有这么几根线:一根正电源线,接直流稳压电源的+5V上,一根负电源线,接直流稳压电源的-5V上,一根地线,接直流稳压电源的地线上(来自于直流稳压电源的两组电源串联中心)。还有一根信号输入线,一根信号地线,都待接。此时,电源连接正确,我们没有打开电源。
信号源的两根线和示波器两根线对接,示波器上有漂亮的波形。将信号源的正输出线,和万用板(学生电路)的信号输入线对接,示波器波形依旧漂亮。
注意,此时只要把信号源的地线和万用板的地线对接(以下称此动作为对接),示波器就出现一条0线,波形消失了。不对接,波形就恢复了,是一个3000Hz的正弦信号。我们怀疑,电路板上,信号输入端是不是对地短接了,万用表量,挺大一电阻值。
还做了几个实验,汇报如下:电源没有打开,就有这个故障。我们怀疑和正负电源有关,就拆卸电源连线:拆掉正电源输入线,故障依旧。拆掉负电源输入线,故障消失。测量负电源和地线,没有短路。
百思不得其解的时候,我怀疑是不是交流短路,就改变信号频率,发现了一个好现象,将信号频率由3000Hz改为100Hz输入,对接,示波器波形不再是0线,而是一个很小的幅度,好消息。再次降低信号源频率,10Hz,对接,波形下降一半左右。我没有功夫找0.707幅度了,就这么一估算,信号源输出阻抗50欧姆,遇到一电容对地,10Hz降低一半,算出此电容约为400uF。
头巨疼,受不了了。我让学生自己查找,哪里有这个大电容。电路板上确实是没有的,找其他地方吧。我回去休息,要求学生找到后汇报。
最后,问题是学生自己找出来的,也修改好了。先留个悬念吧。
实验过程中学生将示波器输入置于AC档,我没有发现,是一个失误。否则应更早发现问题所在。后来学生检查出故障所在了,是滤波器(就是万用板电路)的输入端被短接至负电源了。
这样,信号源带着50欧姆的输出电阻,被直接连接到了负电源上,而负电源本身含有几百微法的输出储能电容,构成了一个截止频率低于10Hz的低通滤波器,就形成了上述的故障现象。
找到问题,解释原因,一针见血,是排查故障中最让人激动的事情。
那天晚上,我回到实验室的时候,学生见了我,都是一脸的兴奋。争着给我说找到故障的过程和分析结论。很显然,他们和我一样兴奋。

网友1评论:再次降低信号源频率,10Hz,对接,波形下降一半左右。我没有功夫找0.707幅度了,就这么一估算,信号源输出阻抗50欧姆,遇到一电容对地,10Hz降低一半,算出此电容约为400uF。 请教教授个问题:这个400uF是怎么估算出来的? 我想是这样算的: 2fp=10Hz→fp=5Hz→C=1/(2π*Rs*fp)=1/(2π*50*5)≈637uF 不知对否?请杨教授指正。
作者回复:设截止频率为fc,则有下式成立:1/sqrt(1+(f/fc)^2)=0.5,f=10Hz。可知1+(f/fc)^2=4,f/fc=sqrt(3),则fc=10Hz/sqrt(3)=5.77Hz 于是准确的结果是C=1/(2pi*50*5.77)=552uF.。
网友1再回复:请问这个公式中1/sqrt(1+(f/fc)^2)=0.5 的0.5是公式本身数据还是经过计算得出来的,谢谢。
作者回复:下降到一半,就是0.5。
网友2评论:“汇报如下:电源没有打开,就有这个故障。我们怀疑和正负电源有关,就拆卸电源连线:拆掉正电源输入线,故障依旧。拆掉负电源输入线,故障消失。测量负电源和地线,没有短路。” “这样,信号源带着50欧姆的输出电阻,被直接连接到了负电源上,而负电源本身含有几百微法的输出储能电容,构成了一个截止频率低于10Hz的低通滤波器,就形成了上述的故障现象。” 从上两段文字的描述中,我们可以推断出实验板上在正负电源对地之间没有接滤波电容,就这水平的指导,能教好学生吗?
作者回复:每个运放的电源处理中都有几微法配0.1微法的去耦电容,这是规矩。但这个电容组相比于几百微法,是微不足道的,我没有多说而已。