集成运放参数测试仪设计报告

集成运放参数测试仪摘要：本集成运放参数测试仪以MSC-51单片机为核心，由被测电路、信号源、0809A/D转换器、液晶显示器、键盘等组成。采用DDS芯片AD9835产生40kHz〜4MHz扫频信号和5Hz的输入信号，它能对LM358及与之引脚兼容的其他集成运放（例如LM353、LM741）的基本参数V、I、A、K及BW进行测试和数字显IOIOVDCMR G示。关键字：集成运放；单片机；DDS一、系统方案设计方案论证与选择（1） 信号源部分方案一：利用函数发生器，可产生三角波、方波、正弦波。通过调整外围元件可以改变输出频率、幅度，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力差。方案二：采用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过运算，产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，他在一定程度上满足了既要频率稳定精确，又要在大范围内变化的矛盾。但其波形幅度稳定度较差，在低频内波形不理想。方案三：采用直接数字频率合成（DDS）技术。由于DDS采用全数字方式实现频率合成，直接对参考正弦波时钟进行抽样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成，因此具有模拟频率合成技术无法比拟的优点。DDS不仅频率转换速率快、频率分辨率高、相位噪声低、输出相位可连续变化，而且易编程，体积小、功耗低。DDS直接频率合成器件的诸多优点使其逐渐成为未来信号源发展方向。方案拟采用DDS专用集成芯片AD9835。它的串行控制方式，使电路简单、编程方便；内部有一个32位相位累加器，用于存放频率控制字，可实现1Hz的频率调节。我们需要5Hz的单一稳定频率，要求其频率，幅度稳定。综合考虑，我们采用方案三，实现了高精度，高稳定度的5Hz测试信号源。（2） 信号采集模块方案一：用AD736RMS真有效值转换芯片，AD736的响应频率在0~10KHZ，采用该器件只需将被测的信号加到它的输入端上，就可以得到它的有效值，无需软件处理，测试非常的方便。但是我们在调试中现在AD736在响应低频的时候不是很稳定，这样对整个系统会带来不稳定。因此我们没有选用这个方案。

方案二：采用A/D转换，将模拟信号数字化，然后进行数据处理。由于ADC0809运用起来非常的方便，转换精度也比较高，因此我们采用了方案二。系统方案描述该系统包括软件和硬件两个方面，程序被下载到单片机中，自动进行一系列测试工作，其整体系统原理框图如图1.1所示。图1.1整体系统原理框图二、硬件电路设计与分析1、V和I电参数的测试IO IO根据GB3442-82标准，直流参数V、I电路原理图如图2.1所示。IOIO(0.47uFRf47KRi100R1MAn30KR11K50LM358RfT47K__Ri100R1MAn30KR11K50LM358RfT47K__R230K68nFDOP07-I—0.1uF图2.1VI0、II0测试原理图10、(1)输入失调电压VIOr i r+rif(V'IOr i r+rif(V'-V)/REE(2)2、A和K电参数的测试VD CMR根据GB3442-82标准，交流参数A、VDK电路原理图如图2.2所示。CMR■Rr^O0■<BADC0809A/Dr.i100LM358r10kVs0P07由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时输出电压不为零，称之为放大器的失调。为使输出电压回到零点，必须在输入端加一个纠偏电压来补偿这种失调，这个纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压V。因此，V的定IOIO义为使输出电压为零时，在两个输入端之间加的直流补偿电压。输入失调电压的测量原理如图2.1所示，此时应K］、K2闭合，测出E点的电压VE，则输入失调电压RV二V-V二V二iV ⑴ioabaR+Reif（2）输入失调电流IIOI的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零时，流入运算放大器两输入IO端的电流差值。测试原理仍用图2.1，此时将K］、K2断开，测E点的电压VE'则输入失调电流S1言号源S1言号源S247k信号源~T~图2.2A、K测试原理图VDCMR（1）差模开环增益AVD开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其数值等于输出电压的变化量AUo与输入电压的变化量AUI之比。由于Avo很大，输入信号很小，而且输入电压与输出电压之间还存在相位差，很容易引起较大的测试误差，因此在测试开环电压增益时都采用交流开环、直流闭环的方法。测试原理如图3.2所示，将S1拨向地线，S2拨向信号源V,取C=0.47uF,C=2200pF，测出E点S f1 f2

电压vE,则交流差模开环增益3)VR+R3)A=201g(护•丄 f)(dB)VD VREi(2)共模抑制比KCMR共模抑制比定义为差模电压增益AVD与共模电压增益AVC之比。K的大小CMR不仅与频率有关,还与输入信号大小和波形有关,因此测量频率不宜太高,信号不宜过大。其测试原理如图3.2所示，将S1拨向信号源V,S2拨向地线，CS f1取4个0.47uF电容串联,C=1000pF,测出E点电压VE,则共模抑制比f2 EKCMRA T7C

KCMRA T7C

—D-C=20叫EVR+R-S•i 匚)(dB)Ri4)三、软件程序设计在主程序中,主要根据按键做相应的处理,主程序流程图如图3.1所示。图3.1主程序流程图四、数据分析与测试（1）测试V、I、A、K的数据见表4.1。测量值与标准值的比较如表4.2所IOIOVDCMR示。表4.1测试V、I、A、K的数据IOIOVDCMR次数测量值计算值直流参数交流参数直流参数交流参数V/VEV'/VEV/VEV/VEV/mVIOI/nAIOA/dBVDK/dBCMR11.544.0310.802.003.275.2853.8568.5021.604.1610.932.123.405.4353.7568.0031.584.0910.552.073.355.3254.0668.20表4.2测量值与标准值的比较测试芯片测量值标准值测量误差V/mVIO3.343.252.77%I/nAIO5.345.251.71%A/dBVD53.8950+3.89dBK/dBCMR68.2370-1.77dB2）信号源的输出频率范围及输出电压有效值见表4.3。表4.3信号源的输出标准频率/Hz实测频率/Hz误差/（%）有效值/V10.9990.012.110099.90.12.11k0.994k0.62.010k9.98k0.22.0100k100k01.81M1M01.94M4M01.8五、结论该集成运放参数测试仪能对V、I、A、K四项基本参数进行准确测试。IOIOVDCMR其中V的测试范围是0〜40mV，误差绝对值小于2%。I的测试范围是0〜4口A,IO IO误差绝对值小于2%。A的测试范围是60〜120dB，误差绝对值小于3dB。K的VD CMR测试范围是60〜120dB,