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VIO、IIO、AVD、KCMR及BWG进行测试和数字显示。

关键字：集成运放；单片机；DDS

一、系统方案设计

1.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AD736 RMS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。

2.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、VIO和IIO电参数的测试

根据GB3442-82标准，直流参数VIO、IIO电路原理图如图2.1所示。

图2.1 VIO、IIO测试原理图

（1）输入失调电压VIO

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VIO。因此，VIO的定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K1、K2闭合，测出E点的电压VE，则输入失调电压

(1)

（2）输入失调电流IIO

IIO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端的电流差值。测试原理仍用图2.1，此时将K1、K2断开，测E点的电压VE’，则输入失调电流

(2)

2、AVD和KCMR电参数的测试

根据GB3442-82标准，交流参数AVD、KCMR电路原理图如图2.2所示。

图2.2 AVD、KCMR测试原理图

（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ΔUo与输入电压的变化量ΔUI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VS，取Cf1=0.47uF,Cf2=2200pF，测出E点电压VE，则交流差模开环增益

（3）

（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。KCMR的大小不仅与频率有关，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VS，S2拨向地线，Cf1取4个0.47uF电容串联,Cf2=1000pF，测出E点电压VE，则共模抑制比

（4）

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VIO、IIO、AVD、KCMR的数据见表4.1。测量值与标准值的比较如表4.2所示。

表4.1 测试VIO、IIO、AVD、KCMR的数据

次数	测量值				计算值
	直流参数		交流参数		直流参数		交流参数
	VE/V	VE’/V	VE/V	VE/V	VIO/mV	IIO/nA	AVD/dB	KCMR/dB
1	1.54	4.03	10.80	2.00	3.27	5.28	53.85	68.50
2	1.60	4.16	10.93	2.12	3.40	5.43	53.75频率控制字	68.00
3	1.58	4.09	10.55	2.07	3.35	5.32	54.06	68.20