DesignSpark Electrical Logolinkedin

使用Analog Discovery 2測試運算放大器電路(繁體)

本文翻译自ChelseaBack的Testing Op-amp Circuits With The Analog Discovery 2

使用Digilent Analog組件套件和Analog Discovery 2來評估運算放大器的性能。

探究 Digilent Analog Discovery 2時,當我意識到這似乎非常類似於我曾經使用過的一些東西時我感到既視感,Analog Devices的主動學習模塊(ADALM1000)。雖然這兩款設備都具有測量功能,但它們似乎針對不同的目標用戶,但都可選擇添加組件套件,突出顯示其功能 - Digilent Analog組件套件和ADALP2000模擬組件套件。

組件套件比較

這兩個套件包含一系列IC,傳感器,電阻,電位器,電容,晶體管,LED,二極管和電感器。這兩個套件幾乎相同,在篩選了組件和部件號的列表後,我意識到只有少量的差異。例如:Digilent套件使用的是CD4007晶體管而不是HEF4007,Digilent還使用10MOhm電阻,而不是ADALM1000使用的5MOhm電阻。

我記得使用ADALP2000組件套件之前,Analog Devices的網站上提供了許多教程。我喜歡的是他們教導您使用ADALM1000和套件中的組件使您感到舒適方便。

當我瀏覽Digilent網站時,我發現了一個系列非常酷的博客,名為“從Analog Discovery 2獲得最多:系列”,共有7個實驗涵蓋了從RC電路到SPI通信的一系列內容。雖然這些實驗很棒,但我真正想要做的是使用零件套件進行破解 - 我很難找到任何教程或項目是在Analog Discovery 2上使用模擬部件套件中的IC。

由於Digilent Analog部件套件和ADALP2000部件套件非常相似,並且使用了大部分相同的組件,所以我決定重複以前使用ADALM1000完成的放大器項目。通過這樣做,我可以參考Analog Devices Wiki網上的“教程”,同時可以公平地比較ADALM1000和Digilent Discovery 2。

重新審視運算放大器

重新審視這項目時,我首先註意到的是,第一次使用的運算放大器(OP97)不包含在Digilent Analog部件套件中。但我看到OP27和OP37運放包括在內,所以我開始查看他們的數據表,看看其中一個是否適合替換。

從數據表中看出,OP97是OP07精密放大器的低功耗替代品。 OP37和OP27乍看起來非常相似,我很快就注意到,OP37具有與OP27相同的高性能,但是設計針對增益大於5的電路進行了優化。 OP37也是OP07的替代品- 因為這是一個替代品而OP97是一種替代方案,我認為OP37將是以前使用的OP97適用於以下項目的替代品。

單位增益放大器

雖然OP97和OP37的引腳排列非常相似,但它們並不完全相同,所以在進行任何連接之前,我必須仔細檢查一下。該第一步所需的引腳為2,3,4,6,7針,兩個IC具有相同的引腳排列。

首先,我連接了單位增益放大器的例子,這裡我將Analog Discovery 2連接到電路,如下所示:

AD2

電路

V+

V+

V-

V-

GND

GND

Wave Gen 1

Pin 3

Scope 1+

Pin 3

Scope 1-

GND

Scope 2+

Pin 6

Scope 2-

GND

 

電源引腳V +和V-分別連接到+ 5V和-5V。

然後將WaveForms軟件設置為提供1V(2V P-P)1KHz正弦波。

這裡我們可以確認這是Vin = Vout的單位增益電路。您可以在下面看到輸入端(通道1)和輸出端(通道2)的測量值 - 通道已經按不同的電壓設置,所以我們可以清楚地看到它們。

緩衝放大器

不同之前的電路,這種電路Vin = Vout似乎完全沒有用,所以不會像單位增益放大器一樣嗎?這樣做的答案是否定的,緩衝放大器是非常有用的,因為組件和放大器的佈置如何,這意味著我們可以避免在電路上施加過大的負載。

這次我們設置2V(4V P-P)的1KHz正弦波 - 在示波器中,我們可以看到輸入和輸出完全相同(單位增益)。最初我質疑為什麼當我設置波浪以產生2V(4V P-P)正弦波時,範圍內的輸入和輸出電壓只有1V的幅度。我很快意識到這是由於兩個4.7K歐姆電阻在輸入端形成分壓器,因此是電壓的一半。

反相放大器

當我連接反相放大器電路並將其連接到我的PC時,我將輸入信號設置為1KHz的正弦波,幅度為1V,但是當我看到輸出時,我可以看到這是削波。

Vout= - (Rf/Rin) Vin

該電路的增益應為4.7。

我們可以從上面的示波器中看出,正弦波在約4.3V時被削波。最初我不明白為什麼波浪被削減; 我懷疑它可能與使用的運算放大器有關,所以我決定仔細檢查數據表。

在數據表中,我看到OP37設計針對增益大於5的電路進行了優化,所以我開始質疑這是否成為問題。雖然4.7是非常接近5,但仍然<5,我也意識到我需要考慮組件的容差 - 雖然我仍懷疑他們會否有如此重大的影響。

為了克服這個問題,我修改了Rf值,並將其從4.7k改為10k,以獲得10的增益。當我查看輸出時,削波似乎比以前嚴重得多。

經過更多的閱讀,我很快意識到削波是因為增益(放大電壓)不能超過電源電壓,因為這種配置超過了電源電壓。為了克服這一點,我改變了軟件中的設置,產生了1KHz的正弦波,幅度為200mV而不是1V。

在這裡我知道,以10的計算增益和200mV的供應量,我預期會在2V附近看到一個輸出。由於2V仍然遠低於最大電源電壓,我預計會看到一個清晰的正弦波,沒有限幅。

新的輸出信號正是我期望看到的!我決定另外包括Math函數,以便看到輸入和輸出電壓旁邊的增益曲線。首先,我試圖通過將通道2(輸出)除以通道1(輸入),但是繪製出的圖表不是我預期的。這樣做的結果畫出了一個似乎在正弦和正切波之間的波浪...

為了克服這個錯誤,我將頻道2乘以5因為1v / 200mV = 5,這樣做我將期望看到的情況。

然後用4.7K歐姆電阻重複一次,產生了清晰的正弦波而沒有限幅。我再次添加了Math函數,以便看到輸入和輸出電壓旁邊的增益曲線。

看看放大器性能

我決定在開始增益之前知道放大器的上限和下限頻率是非常好的。從OP37的數據表中可以看出,該放大器的增益帶寬為63MHz。為了確定上限和下限頻率,我開始改變軟件中的頻率,並記下每次測量時對正弦波增益和形狀的影響。

這樣做,我發現在10Hz和200KHz之間對該放大器的增益沒有影響。然而,在10Hz以下,增益開始下降,在500mHz下降到0.7。在500KHz以上的頻率下,正弦波開始看起來扭曲,然後增益開始下降; 在1MHz和2MHz的頻率之間,波形看起來很失真,增益下降到3。

如果我使用BNC適配板BNC示波器探頭,而不是僅使用跳線進行測量,可能在1MHz和2MHz之間產生的波形看起來不會那麼扭曲。

如果使用BNC適配器板和探頭查看對這些較高頻率的波形產生影響,看看是否會扭曲會變得十分有趣。

總體而言我真的很喜歡Digilent Discovery 2!我認為它的尺寸真的很強大,軟件是非常友好的。與ADALM1000相比,我可以看到,Digilent Discovery 2能使用在更複雜電路,示波器讀數非常清晰,WaveForms軟件易於瀏覽和操作。

I am an Electronic Engineering student studying in Hong Kong University of Science and Technology. I am interested in design PCB board.