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