Andreeva

А.А. Андреева, В.В. Котов
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Научный руководитель: В.В. Котов, кандидат технических наук, доцент
Разработана автоматизированная система для проведения функционального
контроля параметров операционных усилителей. Измеренные параметры обрабатываются
с применением методов цифровой обработки сигналов и передаются в персональный
компьютер для формирования базы данных автоматизированной системы.
The automated system is developed for functional measurement of parameters of operational
amplifiers. The measured parameters are processed with application of methods of digital
processing signals and transferred in a personal computer for formation of a database of the
automated system.
Система предназначена для контроля параметров операционных
усилителей (ОУ). Она позволяет заменить множество специализированных
проверочных стендов, обеспечить измерение и накопление основных
параметров ОУ с последующей передачей в ПК.
Параметры и характеристики операционного усилителя можно условно
подразделить на входные, выходные и характеристики передачи. К входным
параметрам относят: напряжение смещения нуля; входные токи; разность
входных токов; входные сопротивления; коэффициент ослабления синфазных
входных напряжений; диапазон синфазных входных напряжений;
температурный дрейф напряжения смещения нуля; температурные дрейфы
входных токов и их разности; напряжение (ток) шумов, приведенное к входу;
коэффициент влияния нестабильности источника питания на напряжение
смещения [1].
Напряжение смещения нуля UCM - это потенциал на выходе усилителя
при нулевом входном сигнале, который поделен на коэффициент усиления
усилителя. Данный параметр показывает, какой источник напряжения
необходимо подключить к входу ОУ для того, чтобы на выходе получить
Uвых = 0. Измерение UCM осуществляется по схеме, показанной на рис.1,а.
а)
б)
Рис. 1. Схемы измерения параметров ОУ.
в)
Входные токи обусловлены необходимостью обеспечить нормальный
режим работы входного дифференциального каскада на биполярных
транзисторах. В случае использования полевых транзисторов это токи
всевозможных утечек. Если к обоим входам ОУ подключены источники
сигналов с разными внутренними сопротивлениями, то токи смещения даже в
идеальном входном каскаде создают разные падения напряжения на этих
внутренних сопротивлениях. Измерение входных токов осуществляется по
схеме, показанной на рис. 1,б.
Входное сопротивление для синфазного сигнала характеризует изменения
среднего входного тока при приложении к входам синфазного напряжения. Оно
на несколько порядков выше сопротивления для дифференциального сигнала.
Схема для измерения дифференциального входного сопротивления показана на
рис. 1,в.
Измерение других параметров ОУ также определяется известными
схемами. С целью автоматизации процесса измерения параметров ОУ
целесообразно применить микроконтроллер со специальным аналоговым
интерфейсом, предназначенным для коммутации входов ОУ в соответствии с
приведенными примерами схем, сбора, обработки и передачи измеренных
параметров в персональный компьютер (ПК).
Разработанный аналоговый интерфейс для измерения параметров ОУ
приведен на рис.2.
Рис. 2. Аналоговый интерфейс для ОУ.
На схеме имеются блоки сопряжения, в которых находятся схемы
коммутации в соответствии с рис.1. Операционный усилитель подключается к
входам IN: A1, А2, А3, А4. При этом к входу А1 - неинвертирующий вход ОУ,
к входу А2 - инвертирующий вход ОУ, к входу А3 - выход ОУ, к входу А4 цепь частотной коррекции ОУ или вход управления. Разработанная схема
позволяет подключать большее количество входов ОУ, если таковые имеются
(например, с цепями частотной коррекции и др.). Для этого предусмотрено
функциональное расширение аналогового интерфейса с применением второго
периферийного параллельного адаптера (на схеме не показан).
Измеряемые параметры конвертируются блоками сопряжения в
пропорциональные напряжения, которые поступают через коммутаторы (DA1,
DA2, DD9) на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) DD10. Далее, через
периферийный параллельный адаптер DD8, оцифрованные данные поступают
через шину данных (ШД) в микроконтроллер ADuC (на схеме не показан)
фирмы Analog Devices, где производится цифровая обработка сигналов
(фильтрация, измерение и расчет параметров, характеристик и др.) и передача
результатов в ПК. Программное обеспечение микроконтроллера написано на
языке Ассемблер, что позволило создать компактный код по цифровой
обработке сигналов с высоким быстродействием. Предусмотрен обмен
данными с ПК по протоколам портов UART (адаптер RS232) или USB
(контроллер фирмы FTDI).
Таким образом, разработанная автоматизированная система позволяет
осуществлять
функциональный
контроль
параметров
операционных
усилителей с применением методов цифровой обработки сигналов и передачу
полученных результатов в ПК.
Литература
1. Волович, Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств
/ Г. И. Волович. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. – 528 с.