一種通用集成運放參數測試儀

(西南石油大學 四川 成都 610500)

引言

集成運算放大器作為電子設計中的常用元件，獲得其輸入失調電壓(VIO)、輸入失調電流(IIO)、交流差模開環電壓增益(AVD)、共模抑制比(KCMR)等參數具有重要意義，可以指導經反復使用的集成運放是否還符合電路要求或具有使用價值。本設計依托西南石油大學開放性實驗對該測試儀進行研究。

一、系統概述

本設計由硬件電路和軟件系統兩部分構成。

(一)硬件電路概述。總電路主要由測試電路、信號采集電路、信號發生器、自動切換控制電路、外部顯示與按鍵電路構成。

(二)軟件系統概述。用C語言模塊化編程思想，分別將按鍵讀取、自動切換、信號采集、液晶屏顯示等程序設計為軟件模塊，在主函數觸發中斷讀取測試請求，并在一次測量中自動切換電路，采集對應測量值，經公式反推得到所需參數，在顯示屏上刷新顯示。

二、硬件電路

(一)硬件電路圖

圖1 硬件電路圖

(三)模擬信號采集。使用XPT2046 12位模數轉換芯片進行電壓量的采集，若以5V電壓為參考量，精度可達1.22×10-3。在需要測量輸入正弦信號有效值時，通過峰值檢測電路反求有效值。

(四)外部顯示與按鍵模塊。按鍵模塊采用4×4矩陣按鍵，可以為后增加測試儀功能提供便利。由于51系列單片機P0口沒有上拉電阻，故需外接排阻。

(五)信號源模塊。該模塊用于在測試AVD和KCMR時提供低頻正弦信號(典型為5HZ)。由于接口電路簡單，可以采用AD9833構成的電路提供該信號，也可以直接使用信號發生器。

(六)自動控制模塊。為節約端口數量，用單片機的三個IO口分別提供串行數據和時鐘信號用以控制8位移位寄存器74HC595。其輸出接ULN2803以驅動8路繼電器，實現對測試電路開關的自由控制。

三、軟件設計

該部分介紹部分核心程序設計思路

(一)主程序框架

圖2 程序流程圖

當儀器檢測到測試請求時，由自動控制程序先后改變開關位置得到不同電路，待電路穩定后，采集需要的信號。若該參數需要正弦信號，則生成并測量該信號。所有參數測量完畢后，予以顯示。

(二)自動控制程序。單次測量中，單片機經串行輸出的8位數據由74HC595傳送給ULN2803，每一路的信號經過放大后，以500mA級的驅動電流驅動繼電器。將繼電器設置為低電平觸發(由常閉端接入常開端)，按照電路圖確定為以下關系。

圖3寄存器與繼電器控制對應表

四、系統測試

由成品測試儀對LM741進行測試，平均測試結果如下

圖4LM741測試對比

五、結論

本設計實現了一種通用的集成運放參數測試儀，能夠對常見集成運算放大器的輸入失調電壓、輸入失調電流、交流差模開環電壓增益、共模抑制比等重要參數進行自動化測量，且結構簡明、成本較低，經測試對比，測試參數可靠有效。對實驗室環境下的芯片測試與維護具有積極意義。