集成运放参数测试仪.doc
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集成运放参数测试仪.doc
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目录
一.方案比较与论证-----------------------------------------------3
二.理论与分析计算-----------------------------------------------4
三.电路图及设计文件--------------------------------------------6
1.硬件实现-----------------------------------------------------6
2.软件实现-----------------------------------------------------8
四.测试数据与结果分析-----------------------------------------9
五.参考文献--------------------------------------------------------9
六.附录-------------------------------------------------------------10
附录A测试仪器---------------------------------------------10
附录B参考文献--------------------------------------------10
附录C软件程序--------------------------------------------10
集成运放参数测试仪
摘要:
此集成运放测试仪采用“辅助放大器”的测量方法,能测试VIO(输入失调电压)、IIO(输入失调电流)、AVD(交流差模开环电压增益)和KCMR(交流共模抑制比)四项基本参数,符合了题目的要求。
可对各种通用型集成运放主要参数进行测量,具有较好的精度,稳定度和测量范围。
本设计由四个模块电路组成:
集成运放参数测试电路、信号源发生电路、单片机控制电路、显示与键盘电路。
关键词:
集成运放参数测试信号源显示单片机
Integratedoperationalamplifierparametermeasurementsystem
Abstract:
Thatthesystemisdesignedbasingonaassistantamplifierincludesmainfourmodules—aparametermeasurementcircuitofintegratedoperationalamplifier、asignalgenerator、asingle-chipmicrocomputercontrolledandacircuitofkeyboardanddisplay.ItisprovedtobeprecisemeasuredfourparametersofVIO、IIO、AVDandKCMR.Boththehardwareandthesoftwareofthesystemaredesignedwithmodules.Theparametermeasurementsystemofintegratedoperationalamplifierischaracteristicofitshighprecisionperformanceandfinestability.
Keywords:
IntegratedoperationalamplifiercircuitParametermeasurementSignalresourceDisplaySingle-chipmicrocomputer
一方案论证与比较
1.1对于信号源发生电路的方案论:
方案一:
利用FPGA来实现,通过DDS技术产生频率和幅度一定的信号源,用于对运算放大器的参数测量。
此方案的优点是:
完全依靠于数字化的测量,处理速度快,实时性好。
缺点是:
成本高,针对本题目的要求,完全可采用通用性好,性价比较高的电路。
方案二:
用AD9850生成频率为5HZ、电压有效值为4V的正弦波。
采用AD9850的最大优点是频率可控,一般不需要外界的附加电路便可以实现,给电路的设计带来方便,缺点是:
实时性较差、系统复杂,造价稍高,需要较多的开发经验。
方案三:
采用8038集成函数发生器产生信号源信号,频率的设置利用外围电阻、电容值的计算来实现。
通用性较好,价格较为适宜。
其产生的5HZ的正弦波符合要求,频稳度比较好,是一款很具实用性的应用电路。
对以上三种方案的性价比进行比较,以及对题目要求所能达到的符合度,我们决定采用第三套方案。
利用尽量通用而价格较低的器件来达到设计的要求。
对于集成运放测试电路,在多方面比较了其它测量电路之后,我们决定采用对标准电路进行改进组合,从而进行四组基本参数的测量的方式。
1.2控制电路的方案论证
方案一
用单片机控制八位或十位AD转换器(AD0809等),优点:
易购买,而且价格便宜。
缺点:
八位AD转换是并行输出,占用单片机的接口太多,而且精度不高,远远小于题目的要求。
在此电路设计中单片机要控制显示部分和开关部分,需要接口较多,不能再被AD转换过于占用。
故未采用此电路。
方案二
单片控制AD774,此芯片是十二位AD转换,能够进行高速的AD转换,可达8us,并且具有0—10V和0——20V两档可选模拟量通道输入,精度较之八位和十位AD转换器要高出许多,鉴于以上两点,我们采用了AD774。
1.3显示部分方案论证
方案一
用74LS164(或74HC164)驱动4位LED显示.此方案为静态显示,共需要四片74LS164,这样就会导致电路连线复杂,易出错.
方案二
用CD4511驱动四位LED数码管进行动态显示.此方案虽硬件电路稍显简单,但其动态显示并不足够稳定.
方案三
采用由MAXIM公司生产的专用数码管显示MAX7219驱动电路解决上述问题。
MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动电路,其峰值段电流可达40mA,最高串行扫描速率为10MHz,典型扫描速率为1300Hz,仅使用单片机3个I/O口,即可完成对八位LED数码管的显示控制和驱动,而且亮度可控,数码管扫描位数可选,线路简单,控制方便,外围电路仅需一个电阻设定峰值段电流,同时可以通过软件设定其显示亮度;还可以通过级联,完成对多于八位的数码管的控制显示。
值得一提的是,当工作于关闭(SHUTDOWN)方式时,不仅单片机仍可对其传送数据和修改控制方式,而且芯片耗电仅为150uA。
具体接法见图3-5
二理论分析与计算
2.1VIO、IIO电参数测试原理图
图2-1
①在K1、K2闭合时,测得辅助运放的输出电压记为VL0,则有:
②在K1、K2闭合时,测得辅助运放的输出电压记为VL0;在K1、K2断开时,测得辅助运放的输出电压记为VL1,则有:
2.2AVD电参数的测试原理与测试原理图
图2-2
设信号源输出电压为VS,测得辅助运放输出电压为VL0,则有
2.3KCMR电参数的测试原理与测试原理图
图2-3
设信号源输出电压为VS,测得辅助运放输出电压为VL0,则有
2.4正弦波频率参数计算:
图2-4正弦波信号发生器
f=0.33/RC
当f=5HZ时
RC=0.066
取C=1UF
则R=66K
由于可能存在误差所以我们选择了100K的电阻进行微调控制。
2.5OPO7参数设置
因为ICL8038输出的正弦波的有效值达不到4V,所以我们采用了一级运放OP07,设定放大比例系数为1-5。
取电阻值R=10K,Rf=50K可调
这样通过调节Rf的值来使信号源的最后测试端的值达到要求。
三电路图及设计文件
本设计主要是由四个部分构成:
测试电路,控制电路,显示电路,信号源电路。
整体框图如图3-1:
3.1整体框图
图3-1基本框图
3.2硬件部分
3.2.1信号源
利用ICL8038产生正弦波信号。
它是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路,只需调整个别的外部元件就能产生从0.001Hz~300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。
输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。
另外由于该芯片具有调频信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制。
电路如图3-2,频率由RA,RB和C的值来设置。
具体参数计算在理论分析和计算可见。
图3-2正弦波信号发生器
3.2.2控制电路
测试电路是将题目AD744的原理图稍加修改,进行整合,如图3-3。
用继电器开关的导通与闭合来控制测试电路的不同状态。
从而利于单片机来控制各继电器的状态。
将测试电路输出的量输送给12BIT的AD774进行模数转换,采用12BIT的AD转换器使整个电路的测试精度大大提高了。
图3-3运放参数测试电路
控制部分采用键盘控制,在按下指定的键时控制电路会控制单片机去进行不同参数的计算,如此使得参数测量操作简单明了。
如图3-4
图3-4AD转换
显示电路采用MAX7219驱动显示,由于MAX7219能同时驱动多个数码从而简化的接线,另外它只需要三个单片机接口控制,减少烦琐的驱动。
图3-5MAX驱动显示
3.3软件部分流程图
图3-6软件流程图
四测试数据与测试方法
4.1对频率是5HZ,幅值是4V的信号源的测试
测量数据:
频率在5HZ和5.012之间
有效值在3.964V4.04之间
测试结果经计算后误差都在百分之一以内,完全符合题目规定的标准。
4.2对作为标准的一组电路的测试
分别测量根据原理图提供的电路测量。
测试结果如下:
表一:
测量数据表
v
V
I
A
KCM
digital1
0.031V
0.1Mv
digital2
O.219V
6.3Na
digital3
0.07V
86dB
digital4
0.047V
90Db
(被测运放为HA17741)
五参考文献
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社,1996.
[2]南建辉熊鸣王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例.清华大学出版社,2004.
[3]李永敏.检测仪器电子电路.西北工业大学出版社,1996.
[4]清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2001.
六附录
附录A元器件列表
MAX7219
LED数码管
继电器
运放OP07
HA17741
ICL8038
AT89S52
三极管:
8050
晶振(12M)
开关:
单刀开关复位开关
可调电阻:
100K1K
电阻:
1M30K10K100Ω330Ω1K
电容:
10μF5PF1041μF
附录B测试仪器
1.(YB54100)数字式示波器1个江苏扬中
2.(YB1602P)功率函数信号发生器1个江苏扬中
3.(DT930F+)数字式万用电表1个江苏扬中
4.(YB1732A3A)稳压电源1个江苏扬中
5.(TPE-AD3)电子技术学习机1个
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