通用运算放大器

5.5 TI 高精度实验室 - 带宽实验

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大家好欢迎来到 TI Precision Labs 德州仪器高精度实验室的运放带宽实验环节这个实验会包括计算 SPICE 仿真和实际的测试这些环节会帮助大家对视频中的概念加深理解本次实验的计算过程是手工计算的但也可以使用 MathCAD 或者 Excel 等等工具因为实验中的 SPICE 模型是德州仪器提供的通用的运放 SPICE 模型所以仿真环节可以使用任何 SPICE 的仿真器用 TINA-TI 来实现这些仿真是最方便的 TINA 是一个免费的 SPICE 仿真器可以从 TI 的网站上下载 TINA 的仿真原理图会附在本次课程后最后真实的测试会使用 TI 提供的 PCB 板如果您有标准的实验设备可以用示波器波形发生器波特仪和正负 15 伏的电源来进行测试我们推荐使用国家仪器的虚拟仪器这套虚拟仪器是一套多功能集成设备可以通过 USB 或者 wifi 与电脑连接这台仪器提供电源信号发生器示波器和五位半的数字万用表方便进行精确的测试本章实验中使用的就是这套虚拟仪器首先我们根据带宽课程中所学到的计算这里所展示电路的闭环带宽和直流增益运放的参数在下一页中给出电路选用 OPA171 为了完成计算您要了解运放的增益带宽积和压摆率表中给出了这些参数将答案填到中间的表格中并仿真出电路的交流传递函数我们在这里给出了答案方便您进行验证接下来进行 AC 传递函数的 SPICE 仿真分析这可以让我们观察运放的闭环带宽和直流增益所需的 TINA-TI 仿真软件已经附上我们点击 Analysis 转到 AC Analysis 转到 AC Transfer Characteristic 进行仿真仿真频率从 10k 赫兹到十兆赫兹您可以看到一个类似这样的仿真结果打开光标测量直流增益或者是最小频率的增益结果是 26dB 也就是 20V/V 接着查找 -3dB 的频率点即增益为 23dB 的频率点 159kHz 在设置 PCB 前请确保关闭直流电源在软件中点击直流电源区的电源键来关闭电源可以通过观察前面板的 led 来确认电源是否关闭另外请确保函数发生器也是关闭的为了准备测试用的测试板按图所示的安装电路二的跳针和器件装上 JMP6 JMP7 JMP8 并且在 U2 上装上 OPA171 现在我们开始通过实际测试来验证我们的计算和仿真这一页展示的是德州仪器高精度实验室测试板上电路二的原理图您可以使用这个电路来测试 OPA171 的带宽为了让测试板正常工作您可以只安装电路二的跳针和器件不能安装 PCB 上的其它电路里的跳针和器件去掉不相关电路上的跳针和器件并且把它们存放在板子底部的存放区本页介绍的是测试板和仪器的连接关系用电源线连接仪器的直流电源和测试板的 J4 连接器将测试板的 Vin1 连接到仪器的示波器通路 1 并将 Vin2 连接到仪器的 FGEN 将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通路 2 这个实验需要额外的波特分析软件安装这个软件然后点击 Start 转到 All Programs 转到 Bode Analyzer 转到 Bode Analyzer 来运行这个软件在配置面板上设定电源为正负 15V 限流 0.1A 点击绿色按钮打开电源将扫描的开始频率设定为 10kHz 截止频率为十兆赫兹设定平均点数为十每十倍频的点数为 20 点击 Start 开始波特图分析您应该会得到一个类似这样的结果我们使用光标拖动光标到最大值处来测量 -3dB 的频率或者 23dB 的频率点在这个测试中记下频率点 159kHz 我们比较仿真结果和测试结果再和计算的结果进行比较三个结果的一致性应该比较好虽然会存在比较小的差异以上就是本节实验的内容非常感谢您的观看