一、功能概述

这块 PCB 板上的三个测试工具分别为：

1. 连续性 / 二极管测试：采用双 LED 显示测试状态。
2. 1kHz 方波发生器：虽无 LED 指示，但能产生特定频率的方波信号。
3. 非接触式交流电压指示灯：通过单 LED 显示检测到的交流电压情况。

所有功能的电源均由 3V 硬币电池提供，方便携带，同时还支持 1.5V 至 5V 的外部电源输入。考虑到该项目的应用场景对尺寸和便携性的要求较高，且对终精度要求并非十分苛刻，因此未设置可调节元件来补偿组件公差。不过，它并非更先进的定量工具（如数字万用表、示波器等）的替代品，而是作为一种便捷的便携式辅助工具。所有电阻器和电容均采用 SMD 1206 形式，其尺寸为 50（深）× 90（长）× 6（厚）毫米，重量仅 21 克。

二、具体测试功能解析

（一）非接触交流电压测试

非接触式交流电压测试仪由三个 BC849B 级联组成，其终增益是每个晶体管增益的乘积，即总增益 = Gain1 * Gain2 * Gain3。对于 BC849B 晶体管，平均增益为 220，总体平均增益可达 10.48E + 6。不过，由于同一增益带内晶体管之间的增益存在变化，总增益可能高于或低于此值。

被检测的交流电压（约为 3 * Vbe min）通过源线绝缘和空气电阻率（约 2x10E16 Ωm）与晶体管基极直接接触隔离，受温度和湿度的影响，基极电流非常低。该测试仪的并非单独的电线，而是 PCB 反面集成的铜走线。在实际测试中，当 Ib1 = 100pA 时，Ic3 约为 1mA。前两个晶体管中的电阻可限制集电极的电流。例如，当 VR1 = 3V - (Vce + Ve [发射极距地面约 2 * Vbe]) 时，1MR < 3uA；100kR < 30uA，VR2 = 3V - (Vce + Ve [发射极在地面上为 Vbe])；470R < 6.4mA（以 Vce 和 LED 为准）。由于供电电路的电池电压仅为 3V，为减少电流消耗，建议使用低电流的高效率 LED。使用时，只需打开测试工具，将其与天线一起靠近连接到电源交流电源的或电线，LED 便会根据检测情况发光。

（二）1kHz 方波发生器

信号发生器可用于音频和中频级的故障排除，因为其产生的方波信号包含无限数量的奇谐波频率，可延伸到基频之外。该方波发生器基于一个定时器（如 555 或同等型号），通过一个电阻和一个电容器以 1:1 的标记空间比创建 1kHz 的方波。

在这种配置中，控制引脚连接到电容，以使其与外部噪声脱钩，该引脚还可用于改变外部阈值电压。Reset 引脚连接到 V +，触发器和阈值连接在一起，并连接到一个输入，每个 2 个内部比较器都有第二个输入，分别连接到串联的三个 5k 电阻的分接点之一。一个比较器的负输入设为 2/3 V +，而另一个比较器的正输入设为 1/3 V +。电容、电阻（CR）网络的中点连接到触发和阈值的两个连接点，电阻连接到输出端。去耦电容（1uF 和 100nF）连接在器件电源处。

若假设输出初始为高电平，电容器开始通过电阻充电，直到电压达到 2/3 V +，这会导致触发器改变状态并切换输出为低电平。随后，电容器通过电阻放电，直到电压达到 1/3V +，触发器再次改变状态，输出变高。只要施加功率，输出将不断交替切换高、低电平。对于所需的 1kHz 频率，CR 值为 100nF 和 7K1（包括 5k1 + 2k），频率可通过公式频率 = 1/(1.4 * CR) 计算得出，理论计算值为 1006.03Hz，实际测量为 1008Hz。定时器的输出端有一个 1KR 串联电阻连接，可防止连接短路时输出过载。

（三）连续性 / 二极管测试

连续性 / 二极管测试主要用于检查连续性（<=2R）和二极管状态。该测试通过两个 LED 显示结果，不同的亮灭组合代表不同的测试状态，如 “off off” 表示开路，“on on” 表示连续性 <=2R，二极管关断或小于 1kR 也有相应的显示。

该测试元件的两个部分使用双运算放大器创建，每个功能分配一个放大器。OPAMP 是一款微，工作电压范围为 1.8 至 5.5V，非常适合使用 3V 纽扣电池，且为轨对轨运放，能在有限的电源电压下化输出范围。在考虑低偏置电流（IB）和低偏置电压（Vos）的影响时，通过计算可知，在这种情况下，的影响是由于 Vos。非反相输入连接到一个 1k 的上拉电阻，当连接到被评估的元件时，形成一个潜在的分压器。

以输入电阻为 1R 为例，输入电压 Vin = (Ri/Rt) * Vs = (1/1001) * 3 = 2.997mV，输出为 2.997mV * 221 = 662.337mV。由于 Vout_Vos 的误差等于 (Vout_Vos/Vout) * 100 = (1.105mV/ 662.337mV) * 100 = 0.1668% 或 1.668mR。1K 电阻为 1%，因此 1K +/- 10R 等于输出的 +8/-6.6 mv 变化或 +12.1/-9.9 mr。若考虑电源电压从 3V 降低到 2V 的影响，输入电阻为 1R 时，输入电压 Vin = (Ri/Rt) * Vs = (1/1001) * 2 = 1.998mV，变化为 -50% 或 -1mV/V。为减少由于电源变化对电位分压器的影响，可使用电流源驱动被测器件（DUT），所选的一个被指定为 1.2V 的电源电压。不过，连续性 / 二极管测试的电源限制是 1.8V 的 OPAMP。

连续性指示通过电压为 -1V 至 -3V 的 pet 实现。当输入到放大器开路（OC）时，输入被输入上拉电阻拉到电源，因此输出为～3V，电源为～0V，fet 关闭。输入端接 1R 时，输出为 662.337mV，输出连接到具有 10K 和 100k 拉至 3V 的电位分压器，中心抽头连接到栅极，栅极电压（Vg） = (100k/110k) * (662.337mV - 3V) = -2.13V（相对于电源），接通 pet 点亮连续性测试 LED。短路（SC）时，在输入端输出为～0V，Vg = (100k/110k) * -3V = -2.73V（相对于电源），照亮连续性测试 LED。

二极管测试使用另一个放大器配置为非反相，电压增益（Av）为～1.2。对于 Vf ~0.6V 的小信号二极管，输出为～728mV。当输入到放大器开路（OC）时，输入被输入上拉电阻拉到电源，因此输出为～3V，电源为～0V，fet 关闭。用一个信号二极管连接到输入端（阳极到输入端，阴极到 0V）并正向偏置，输出为～728mV（对于～0.6V 的输入 Vf），并连接到具有 10K 和 100k 拉至 3V 的电位分压器，中心抽头连接到栅极，栅极电压（Vgi） = (100k/110k) * (728mV - 3V) = -2.065V（相对于电源），接通 pet 点亮二极管测试 LED。短路（SC）时，在输入端输出为～0V，Vg = (100k/110k) * -3V = -2.73V（相对于电源），这也照亮二极管测试 LED，但与连续性 LED 一起，指示短路（SC）。

三、操作注意事项

在对任何动力设备进行诊断测试之前，务必了解对用户和设备的风险以及个人防护装备的需求。若有疑问，应在开始之前寻求建议。

该 PCB 板的电源由 CR2032 硬币电池提供，操作通过非闭锁按钮启动。此外，还可将外部电源连接到 VS 引脚（1.5 至 5.5V），该引脚通过开关和反向偏置二极管与硬币电池隔离。但使用 VS 引脚时需格外小心，因为超过输入电压会对元件造成损坏。连接到 PCB 可以选择边缘手指或头引脚，建议焊接二极管 / 二极管测试的连接，以消除附加电阻。

使用非接触式交流电压指示灯时，要将手指远离 PCB 背面的线圈，防止错误指示，且不要将其直接连接到市电交流电，以免对组件和用户造成损害。二极管测试器只能在无电源电路上使用，信号注入器用于低压供电电路，但根据要求，可能需要对输出进行衰减、放大和 / 或用合适的电路（如电容器网络）隔离，以避免输出反向偏置导致损坏。