任务名称
2005年_B题:集成运放参数测试仪
任务要求
难度

一、任务
设计并制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪,示意图如图 1 所示。

二、要求
1、基本要求
(1) 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,显示器最大显示数为 3999;
(2)各项被测参数的测量范围及精度如下(被测运放的工作电压为±15V):VIO:测量范围为 0~40mV(量程为 4mV和 40mV),误差绝对值小于 3%读数+1个字;IIO:测量范围为 0~4μA(量程为 0.4μA和 4μA),误差绝对值小于 3%读数+1 个字;AVD:测量范围为 60dB~120dB,测试误差绝对值小于 3dB;KCMR:测量范围为 60dB~120dB,测试误差绝对值小于 3dB;
(3)测试仪中的信号源(自制)用于AVD、KCMR参数的测量,要求信号源能输出频率为 5Hz、输出电压有效值为 4 V的正弦波信号,频率与电压值误差绝对值均小于1%;
(4)按照本题附录提供的符合GB3442-82 的测试原理图(见图 2~图 4),再制作一组符合该标准的测试VIO、IIO、AVD 和KCMR参数的测试电路,以此测试电路的测试结果作为测试标准,对制作的运放参数测试仪进行标定。
2、发挥部分
(1)增加电压模运放BWG (单位增益带宽)参数测量功能,要求测量频率范围为 100kHz~3.5MHz,测量时间≤10 秒,频率分辨力为 1kHz;为此设计并制作一个扫频信号源,要求输出频率范围为 40kHz~4MHz,频率误差绝对值小于 1%;输出电压的有效值为 2V±0.2 V;
(2)增加自动测量(含自动量程转换)功能。该功能启动后,能自动按VIO、IIO、AVD 、KCMR和BWG的顺序测量、显示并打印以上 5 个参数测量结果;
(3)其他。

三、说明
1、为了制作方便,被测运放的型号选定为 8 引脚双列直插的电压模运放 F741 (LM741、μA741、F007 等)通用型运算放大器;
2、为了测试方便,自制的信号源应预留测量端子;
3、测试时用到的打印机自带。

评审标准

参考答案

GPT-4o给出的设计方案:


一、设计思路

  1. 控制电路

    • 使用MCU(如STM32)负责通过按键和显示模块进行用户交互,控制信号源和参数测量。显示模块提供实时数据显示。
  2. 信号源

    • 使用可编程信号源(如AD9833或AD9850),产生5Hz~4MHz范围内的正弦波信号,并确保输出有效值为4V。
  3. 运放参数测试电路

    • 分别设计VIO、IIO、AVD、KCMR和BWG的测量电路;
    • 使用精密测量模块(如仪表放大器INA118)进行精确测量信号检测。

二、简单论证

MCU控制信号源,可以快速改变信号频率和幅值,并监控和显示测试结果。使用精密测量模块和高精度AD转换器确保测量精度。系统设计可以兼容多类运放,使其具有较高的通用性。

重要的指标和理论分析

  1. 测试参数范围及精度

    • VIO:0~40mV,精度3%读数+1字;
    • IIO:0~4µA,精度3%读数+10个字;
    • AVD:60dB~120dB,精度3dB;
    • KCMR:60dB~120dB,精度3dB;
    • BWG:100kHz~3.5MHz,步进1kHz。
  2. 信号源

    • 输出频率:5Hz~4MHz,电压有效值为4V,频率和电压误差小于1%。

三、电路原理图设计要点

  1. 信号源电路

    • 使用AD9833/AD9850,通过MCU设定输出频率和幅值;
    • 输出信号通过适当的滤波与放大电路处理。
  2. 精密测量电路

    • 使用INA118等仪表放大器测量参数,滤除噪声,确保信号稳定;
    • 测量结果通过高速多通道AD转换器采集,传输到MCU进行处理。
  3. 显示与控制

    • 使用LCD或OLED显示屏显示当前操作状态和测量结果;
    • 通过按键矩阵输入用户指令,进行参数调整和测量控制。

四、核心器件设计要点

  1. AD9850/AD9833 DDS芯片

    • 通过SPI接口配置,设置输出频率和幅值。
  2. INA118仪表放大器

    • 高共模抑制比,低噪声,适用于精密测量;
    • ±15V电源供电。
  3. STM32 MCU

    • 控制运行放大器测试过程;
    • 处理传感器数据并更新显示屏。

五、MCU重要功能的C代码和介绍

以下是一个实现基本信号源控制和数据处理的示例代码:

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "ad9850.h"
#include "lcd.h"
#include "ina118.h"

// AD9850引脚配置
#define AD9850_DATA_PIN  GPIO_PIN_0
#define AD9850_CLK_PIN   GPIO_PIN_1

void setup() {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_LCD_Init();
    AD9850_Init(AD9850_DATA_PIN, AD9850_CLK_PIN);
    LCD_Clear();
    LCD_DisplayString("Init Complete");
}

void set_signal_frequency(uint32_t frequency) {
    AD9850_SetFrequency(frequency);
}

void read_parameters() {
    uint16_t vio = INA118_ReadVIO();
    float iio = INA118_ReadIIO();
    float avd = INA118_ReadAVD();
    float kcmr = INA118_ReadKCMR();
    float bwg = INA118_ReadBWG();
    
    LCD_SetCursor(0, 0);
    LCD_Printf("VIO: %dmV\nIIO: %fumA", vio, iio);
    LCD_SetCursor(1, 0);
    LCD_Printf("AVD: %fdB\nKCMR: %fdB\nBWG: %fkHz", avd, kcmr, bwg);
    
    delay(100);  // 增加一些延时读取新数据
}

int main(void) {
    setup();
    
    set_signal_frequency(1000);  // 设置初始频率为1kHz
    
    while (1) {
        if (user_button_pressed()) {
            read_parameters();  // 读取并显示参数
        }
    }
}

这个题目考察的知识点:

  1. 信号源设计:要求设计能够产生特定频率和幅度的正弦波信号源,确保输出频率在5Hz至4MHz之间,电压有效值为4V,且频率与电压误差小于1%。

  2. 精确参数测量:实现对运放的VIO、IIO、AVD、KCMR及BWG等基本参数的精确测量。需要高精度仪表并兼顾测量范围和误差要求。

  3. 控制与显示:设计控制电路,通过MCU实现参数测量的流程控制和测量结果的显示。系统须兼容多类运放,能够动态调整测量参数。

  4. 系统集成与测试:确保系统所有部分的集成调试,通过设定的信号源和测量电路实现对运放的全面测量。

硬禾服务号
关注最新动态
0512-67862536
info@eetree.cn
江苏省苏州市苏州工业园区新平街388号腾飞创新园A2幢815室
苏州硬禾信息科技有限公司
Copyright © 2024 苏州硬禾信息科技有限公司 All Rights Reserved 苏ICP备19040198号