3.4 TI 高精度实验室 - 输入输出限制 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 本次课程是输入输出限制的实验环节 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 对输入输出摆幅限制的 课程中的概念加深理解 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 可以使用任何的 SPICE 仿真器 用 TINA-TI 实现这些仿真是最方便的 TINA 是免费的 SPICE 仿真器 可以从 TI 的网站上下载 TINA 仿真原理图会附在 PPT 中 最后真实的测试 会使用 TI 提供的印刷电路板 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 5 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 本次实验中使用的就是这套仪器 在实验 1 中 我们将探讨在一个基本的电压跟随器 或者单增益缓冲电路中 输入输出摆幅限制会有怎样的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个电路的输入共模电压范围 和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 这个电路使用的是 OPA140 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已在这里给出了答案 下一步是进行 SPICE 仿真 分析观察瞬态输出电压 通过这个我们可以看到给定一个 4.5V Peak 50kHz 的三角波 它的运放的输出如何响应 实验中所使用的 TINA-TI 模型 已经嵌入到课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为 0 到 40 微秒 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就像我们之前所预料到的那样 Vout 不会超过 1.5V 原因就在于违背了 OPA140 的输入共模电压限制 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 如图所示的安装电路五的跳针和器件 装上 JMP17 JMP18 JMP20 并在 U7 上装上 OPA140 这一页展示的 是 TI Precision Labs Test Board 德州仪器高精度实验室测试板上 电路五的原理图 您可以使用这个电路 来测试 OPA140 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路五的跳针和器件 不能安装 PCB 上 其它的电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置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 Vin2 连接到仪器的信号发生器通道 FGEN 将 Vin1 连接到仪器的示波器 通道 1 将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通路 2 接下来我们对仪器上电 并将 USB 线缆接到电脑上 电脑会检测到一个虚拟的 CD 驱动盘 您可以直接运行 VirtualBench 的软件 当软件运行起来以后 如下配置软件 设置时间分度为 5us/div 采集方式为自动 打开示波器通道一和二的使能 增益设为 1 直流耦合 2V/div 再打开波形发生器 设置如下 频率 50kHz 幅度九伏峰峰值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 将正 25 伏电源设为正 5 伏输出 限流 0.1A 将 -25 伏的电源 设为 -5 伏输出限流 0.1A 点击电源键 打开电源 测试的结果如图所示 比较示波器显示的测试结果 和 TINA-TI 的仿真结果 并使用虚拟仪器和 TINA-TI 中的游标 测量输出电压被钳位的地方 将结果与您的计算值做比较 为了方便检验 我们已经在此处给出了答案 但是每个人的实验结果可能有所不同 这里是一个额外的实验 我们改变了输入信号的频率到 1kHz 并改变时间分度为 200us/div 现在将共模输入电压范围 与之前的 50kHz 的输入信号相比 您可以从测试中得到什么结果呢 正如您所看见的 对于 1kHz 的输入信号 几乎看不见失真或者钳位 这是因为 OPA140 这个运放在低频段 其实是轨至轨的运放 但是到了高频 在距离正电源轨 2V 的共模范围 它的性能开始减弱 在实验 2 中 我们将会看到输入输出限制 在一个反向放大器电路中的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个反向放大电路的 输入共模电压范围和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 本电路使用的是 OPA277 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已经在此处给出了答案 和之前一样进行 SPICE 的仿真分析 但是这回我们使用的是 OPA277 的反向放大电路 实验中所用到的 TINA-TI 模型 已经嵌入到这个课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为零毫秒到两毫秒 输入信号是一个 120mV Peak 1kHz 的三角波 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就如我们之前所预料到的那样 Vout 的正负端都被钳位了 原因就在于输出电压摆幅的限制 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 请如图所示的安装电路二的跳针和器件 装上 JMP6 JMP7 JMP8 并在 U2 上装上 OPA277 本页展示的是 TI Precision Labs Test Board 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 OPA277 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路二的跳针和器件 不能安装 PCB 上其它电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置在板子底部的存放区 这里的接线和实验一的接线是一样的 不用做任何的修改 虚拟仪器的设置和实验一也很相似 做如下的修改即可 我们设置通道一的纵向幅度为 100mV/div 设置通道二的为 1V/div 设置示波器的输出波形为幅度 0.22V Peak 值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 频率为 1kHz 比较示波器显示的测试结果 和 TINA 的仿真结果 两者的输出波形应该看起来很相似 在波形的上半部分 应该都有明显的钳位现象 而对于波形的下半部 您所使用的放大器 可能出现也可能不出现钳位现象 以上就是本次实验课程的内容 非常感谢您的观看
大家好 欢迎来到 TI Precision Labs 德州仪器高精度实验室 本次课程是输入输出限制的实验环节 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 对输入输出摆幅限制的 课程中的概念加深理解 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 可以使用任何的 SPICE 仿真器 用 TINA-TI 实现这些仿真是最方便的 TINA 是免费的 SPICE 仿真器 可以从 TI 的网站上下载 TINA 仿真原理图会附在 PPT 中 最后真实的测试 会使用 TI 提供的印刷电路板 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 5 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 本次实验中使用的就是这套仪器 在实验 1 中 我们将探讨在一个基本的电压跟随器 或者单增益缓冲电路中 输入输出摆幅限制会有怎样的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个电路的输入共模电压范围 和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 这个电路使用的是 OPA140 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已在这里给出了答案 下一步是进行 SPICE 仿真 分析观察瞬态输出电压 通过这个我们可以看到给定一个 4.5V Peak 50kHz 的三角波 它的运放的输出如何响应 实验中所使用的 TINA-TI 模型 已经嵌入到课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为 0 到 40 微秒 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就像我们之前所预料到的那样 Vout 不会超过 1.5V 原因就在于违背了 OPA140 的输入共模电压限制 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 如图所示的安装电路五的跳针和器件 装上 JMP17 JMP18 JMP20 并在 U7 上装上 OPA140 这一页展示的 是 TI Precision Labs Test Board 德州仪器高精度实验室测试板上 电路五的原理图 您可以使用这个电路 来测试 OPA140 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路五的跳针和器件 不能安装 PCB 上 其它的电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置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 Vin2 连接到仪器的信号发生器通道 FGEN 将 Vin1 连接到仪器的示波器 通道 1 将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通路 2 接下来我们对仪器上电 并将 USB 线缆接到电脑上 电脑会检测到一个虚拟的 CD 驱动盘 您可以直接运行 VirtualBench 的软件 当软件运行起来以后 如下配置软件 设置时间分度为 5us/div 采集方式为自动 打开示波器通道一和二的使能 增益设为 1 直流耦合 2V/div 再打开波形发生器 设置如下 频率 50kHz 幅度九伏峰峰值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 将正 25 伏电源设为正 5 伏输出 限流 0.1A 将 -25 伏的电源 设为 -5 伏输出限流 0.1A 点击电源键 打开电源 测试的结果如图所示 比较示波器显示的测试结果 和 TINA-TI 的仿真结果 并使用虚拟仪器和 TINA-TI 中的游标 测量输出电压被钳位的地方 将结果与您的计算值做比较 为了方便检验 我们已经在此处给出了答案 但是每个人的实验结果可能有所不同 这里是一个额外的实验 我们改变了输入信号的频率到 1kHz 并改变时间分度为 200us/div 现在将共模输入电压范围 与之前的 50kHz 的输入信号相比 您可以从测试中得到什么结果呢 正如您所看见的 对于 1kHz 的输入信号 几乎看不见失真或者钳位 这是因为 OPA140 这个运放在低频段 其实是轨至轨的运放 但是到了高频 在距离正电源轨 2V 的共模范围 它的性能开始减弱 在实验 2 中 我们将会看到输入输出限制 在一个反向放大器电路中的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个反向放大电路的 输入共模电压范围和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 本电路使用的是 OPA277 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已经在此处给出了答案 和之前一样进行 SPICE 的仿真分析 但是这回我们使用的是 OPA277 的反向放大电路 实验中所用到的 TINA-TI 模型 已经嵌入到这个课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为零毫秒到两毫秒 输入信号是一个 120mV Peak 1kHz 的三角波 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就如我们之前所预料到的那样 Vout 的正负端都被钳位了 原因就在于输出电压摆幅的限制 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 请如图所示的安装电路二的跳针和器件 装上 JMP6 JMP7 JMP8 并在 U2 上装上 OPA277 本页展示的是 TI Precision Labs Test Board 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 OPA277 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路二的跳针和器件 不能安装 PCB 上其它电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置在板子底部的存放区 这里的接线和实验一的接线是一样的 不用做任何的修改 虚拟仪器的设置和实验一也很相似 做如下的修改即可 我们设置通道一的纵向幅度为 100mV/div 设置通道二的为 1V/div 设置示波器的输出波形为幅度 0.22V Peak 值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 频率为 1kHz 比较示波器显示的测试结果 和 TINA 的仿真结果 两者的输出波形应该看起来很相似 在波形的上半部分 应该都有明显的钳位现象 而对于波形的下半部 您所使用的放大器 可能出现也可能不出现钳位现象 以上就是本次实验课程的内容 非常感谢您的观看
大家好
欢迎来到 TI Precision Labs
德州仪器高精度实验室
本次课程是输入输出限制的实验环节
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
对输入输出摆幅限制的
课程中的概念加深理解
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
可以使用任何的 SPICE 仿真器
用 TINA-TI 实现这些仿真是最方便的
TINA 是免费的 SPICE 仿真器
可以从 TI 的网站上下载
TINA 仿真原理图会附在 PPT 中
最后真实的测试
会使用 TI 提供的印刷电路板
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 5 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
本次实验中使用的就是这套仪器
在实验 1 中
我们将探讨在一个基本的电压跟随器
或者单增益缓冲电路中
输入输出摆幅限制会有怎样的影响
首先根据在输入输出摆幅限制课程中
所学到的公式
计算这个电路的输入共模电压范围
和输出电压摆幅
在下一页中给出了计算所需要的参数
这个电路使用的是 OPA140
为了进行计算
需要知道这个运放的输入电压范围
和输出电压摆幅值
这里给出了这些值
在表中填入您的答案
并回答底部所给出的问题
为了方便检验
我们也已在这里给出了答案
下一步是进行 SPICE 仿真
分析观察瞬态输出电压
通过这个我们可以看到给定一个 4.5V Peak
50kHz 的三角波
它的运放的输出如何响应
实验中所使用的 TINA-TI 模型
已经嵌入到课程中
简单的双击便可以打开
点击 Analysis 转到 Transient
进行瞬态分析
设置时间为 0 到 40 微秒
您应该会得到一个类似这样的结果
Vin 是三角波
就像我们之前所预料到的那样
Vout 不会超过 1.5V
原因就在于违背了
OPA140 的输入共模电压限制
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
如图所示的安装电路五的跳针和器件
装上 JMP17 JMP18 JMP20
并在 U7 上装上 OPA140
这一页展示的
是 TI Precision Labs Test Board
德州仪器高精度实验室测试板上
电路五的原理图
您可以使用这个电路
来测试 OPA140 的输入输出电压限制
为了让测试板正常工作
您只可以安装电路五的跳针和器件
不能安装 PCB 上
其它的电路里的跳针和元件
去掉不相关电路上的跳针和器件
并把它们放置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 Vin2
连接到仪器的信号发生器通道 FGEN
将 Vin1 连接到仪器的示波器 通道 1
将测试板的输出 Vout1
连接到示波器的通路 2
接下来我们对仪器上电
并将 USB 线缆接到电脑上
电脑会检测到一个虚拟的 CD 驱动盘
您可以直接运行 VirtualBench 的软件
当软件运行起来以后
如下配置软件
设置时间分度为 5us/div
采集方式为自动
打开示波器通道一和二的使能
增益设为 1
直流耦合 2V/div
再打开波形发生器
设置如下
频率 50kHz 幅度九伏峰峰值 零伏偏置
50% 占空比的三角波
将正 25 伏电源设为正 5 伏输出
限流 0.1A
将 -25 伏的电源
设为 -5 伏输出限流 0.1A
点击电源键
打开电源
测试的结果如图所示
比较示波器显示的测试结果
和 TINA-TI 的仿真结果
并使用虚拟仪器和 TINA-TI 中的游标
测量输出电压被钳位的地方
将结果与您的计算值做比较
为了方便检验
我们已经在此处给出了答案
但是每个人的实验结果可能有所不同
这里是一个额外的实验
我们改变了输入信号的频率到 1kHz
并改变时间分度为 200us/div
现在将共模输入电压范围
与之前的 50kHz 的输入信号相比
您可以从测试中得到什么结果呢
正如您所看见的
对于 1kHz 的输入信号
几乎看不见失真或者钳位
这是因为 OPA140 这个运放在低频段
其实是轨至轨的运放
但是到了高频
在距离正电源轨 2V 的共模范围
它的性能开始减弱
在实验 2 中
我们将会看到输入输出限制
在一个反向放大器电路中的影响
首先根据在输入输出摆幅限制课程中
所学到的公式
计算这个反向放大电路的
输入共模电压范围和输出电压摆幅
在下一页中给出了计算所需要的参数
本电路使用的是 OPA277
为了进行计算
需要知道这个运放的输入电压范围
和输出电压摆幅值
这里给出了这些值
在表中填入您的答案
并回答底部所给出的问题
为了方便检验
我们也已经在此处给出了答案
和之前一样进行 SPICE 的仿真分析
但是这回我们使用的是
OPA277 的反向放大电路
实验中所用到的 TINA-TI 模型
已经嵌入到这个课程中
简单的双击便可以打开
点击 Analysis 转到 Transient
进行瞬态分析
设置时间为零毫秒到两毫秒
输入信号是一个 120mV Peak
1kHz 的三角波
您应该会得到一个类似这样的结果
Vin 是三角波
就如我们之前所预料到的那样
Vout 的正负端都被钳位了
原因就在于输出电压摆幅的限制
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
请如图所示的安装电路二的跳针和器件
装上 JMP6 JMP7 JMP8
并在 U2 上装上 OPA277
本页展示的是
TI Precision Labs Test Board
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 OPA277 的输入输出电压限制
为了让测试板正常工作
您只可以安装电路二的跳针和器件
不能安装 PCB 上其它电路里的跳针和元件
去掉不相关电路上的跳针和器件
并把它们放置在板子底部的存放区
这里的接线和实验一的接线是一样的
不用做任何的修改
虚拟仪器的设置和实验一也很相似
做如下的修改即可
我们设置通道一的纵向幅度为 100mV/div
设置通道二的为 1V/div
设置示波器的输出波形为幅度 0.22V Peak 值
零伏偏置 50% 占空比的三角波
频率为 1kHz
比较示波器显示的测试结果
和 TINA 的仿真结果
两者的输出波形应该看起来很相似
在波形的上半部分
应该都有明显的钳位现象
而对于波形的下半部
您所使用的放大器
可能出现也可能不出现钳位现象
以上就是本次实验课程的内容
非常感谢您的观看
大家好 欢迎来到 TI Precision Labs 德州仪器高精度实验室 本次课程是输入输出限制的实验环节 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 对输入输出摆幅限制的 课程中的概念加深理解 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 可以使用任何的 SPICE 仿真器 用 TINA-TI 实现这些仿真是最方便的 TINA 是免费的 SPICE 仿真器 可以从 TI 的网站上下载 TINA 仿真原理图会附在 PPT 中 最后真实的测试 会使用 TI 提供的印刷电路板 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 5 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 本次实验中使用的就是这套仪器 在实验 1 中 我们将探讨在一个基本的电压跟随器 或者单增益缓冲电路中 输入输出摆幅限制会有怎样的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个电路的输入共模电压范围 和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 这个电路使用的是 OPA140 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已在这里给出了答案 下一步是进行 SPICE 仿真 分析观察瞬态输出电压 通过这个我们可以看到给定一个 4.5V Peak 50kHz 的三角波 它的运放的输出如何响应 实验中所使用的 TINA-TI 模型 已经嵌入到课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为 0 到 40 微秒 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就像我们之前所预料到的那样 Vout 不会超过 1.5V 原因就在于违背了 OPA140 的输入共模电压限制 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 如图所示的安装电路五的跳针和器件 装上 JMP17 JMP18 JMP20 并在 U7 上装上 OPA140 这一页展示的 是 TI Precision Labs Test Board 德州仪器高精度实验室测试板上 电路五的原理图 您可以使用这个电路 来测试 OPA140 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路五的跳针和器件 不能安装 PCB 上 其它的电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置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 Vin2 连接到仪器的信号发生器通道 FGEN 将 Vin1 连接到仪器的示波器 通道 1 将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通路 2 接下来我们对仪器上电 并将 USB 线缆接到电脑上 电脑会检测到一个虚拟的 CD 驱动盘 您可以直接运行 VirtualBench 的软件 当软件运行起来以后 如下配置软件 设置时间分度为 5us/div 采集方式为自动 打开示波器通道一和二的使能 增益设为 1 直流耦合 2V/div 再打开波形发生器 设置如下 频率 50kHz 幅度九伏峰峰值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 将正 25 伏电源设为正 5 伏输出 限流 0.1A 将 -25 伏的电源 设为 -5 伏输出限流 0.1A 点击电源键 打开电源 测试的结果如图所示 比较示波器显示的测试结果 和 TINA-TI 的仿真结果 并使用虚拟仪器和 TINA-TI 中的游标 测量输出电压被钳位的地方 将结果与您的计算值做比较 为了方便检验 我们已经在此处给出了答案 但是每个人的实验结果可能有所不同 这里是一个额外的实验 我们改变了输入信号的频率到 1kHz 并改变时间分度为 200us/div 现在将共模输入电压范围 与之前的 50kHz 的输入信号相比 您可以从测试中得到什么结果呢 正如您所看见的 对于 1kHz 的输入信号 几乎看不见失真或者钳位 这是因为 OPA140 这个运放在低频段 其实是轨至轨的运放 但是到了高频 在距离正电源轨 2V 的共模范围 它的性能开始减弱 在实验 2 中 我们将会看到输入输出限制 在一个反向放大器电路中的影响 首先根据在输入输出摆幅限制课程中 所学到的公式 计算这个反向放大电路的 输入共模电压范围和输出电压摆幅 在下一页中给出了计算所需要的参数 本电路使用的是 OPA277 为了进行计算 需要知道这个运放的输入电压范围 和输出电压摆幅值 这里给出了这些值 在表中填入您的答案 并回答底部所给出的问题 为了方便检验 我们也已经在此处给出了答案 和之前一样进行 SPICE 的仿真分析 但是这回我们使用的是 OPA277 的反向放大电路 实验中所用到的 TINA-TI 模型 已经嵌入到这个课程中 简单的双击便可以打开 点击 Analysis 转到 Transient 进行瞬态分析 设置时间为零毫秒到两毫秒 输入信号是一个 120mV Peak 1kHz 的三角波 您应该会得到一个类似这样的结果 Vin 是三角波 就如我们之前所预料到的那样 Vout 的正负端都被钳位了 原因就在于输出电压摆幅的限制 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 请如图所示的安装电路二的跳针和器件 装上 JMP6 JMP7 JMP8 并在 U2 上装上 OPA277 本页展示的是 TI Precision Labs Test Board 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 OPA277 的输入输出电压限制 为了让测试板正常工作 您只可以安装电路二的跳针和器件 不能安装 PCB 上其它电路里的跳针和元件 去掉不相关电路上的跳针和器件 并把它们放置在板子底部的存放区 这里的接线和实验一的接线是一样的 不用做任何的修改 虚拟仪器的设置和实验一也很相似 做如下的修改即可 我们设置通道一的纵向幅度为 100mV/div 设置通道二的为 1V/div 设置示波器的输出波形为幅度 0.22V Peak 值 零伏偏置 50% 占空比的三角波 频率为 1kHz 比较示波器显示的测试结果 和 TINA 的仿真结果 两者的输出波形应该看起来很相似 在波形的上半部分 应该都有明显的钳位现象 而对于波形的下半部 您所使用的放大器 可能出现也可能不出现钳位现象 以上就是本次实验课程的内容 非常感谢您的观看
大家好
欢迎来到 TI Precision Labs
德州仪器高精度实验室
本次课程是输入输出限制的实验环节
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
对输入输出摆幅限制的
课程中的概念加深理解
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
可以使用任何的 SPICE 仿真器
用 TINA-TI 实现这些仿真是最方便的
TINA 是免费的 SPICE 仿真器
可以从 TI 的网站上下载
TINA 仿真原理图会附在 PPT 中
最后真实的测试
会使用 TI 提供的印刷电路板
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 5 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
本次实验中使用的就是这套仪器
在实验 1 中
我们将探讨在一个基本的电压跟随器
或者单增益缓冲电路中
输入输出摆幅限制会有怎样的影响
首先根据在输入输出摆幅限制课程中
所学到的公式
计算这个电路的输入共模电压范围
和输出电压摆幅
在下一页中给出了计算所需要的参数
这个电路使用的是 OPA140
为了进行计算
需要知道这个运放的输入电压范围
和输出电压摆幅值
这里给出了这些值
在表中填入您的答案
并回答底部所给出的问题
为了方便检验
我们也已在这里给出了答案
下一步是进行 SPICE 仿真
分析观察瞬态输出电压
通过这个我们可以看到给定一个 4.5V Peak
50kHz 的三角波
它的运放的输出如何响应
实验中所使用的 TINA-TI 模型
已经嵌入到课程中
简单的双击便可以打开
点击 Analysis 转到 Transient
进行瞬态分析
设置时间为 0 到 40 微秒
您应该会得到一个类似这样的结果
Vin 是三角波
就像我们之前所预料到的那样
Vout 不会超过 1.5V
原因就在于违背了
OPA140 的输入共模电压限制
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
如图所示的安装电路五的跳针和器件
装上 JMP17 JMP18 JMP20
并在 U7 上装上 OPA140
这一页展示的
是 TI Precision Labs Test Board
德州仪器高精度实验室测试板上
电路五的原理图
您可以使用这个电路
来测试 OPA140 的输入输出电压限制
为了让测试板正常工作
您只可以安装电路五的跳针和器件
不能安装 PCB 上
其它的电路里的跳针和元件
去掉不相关电路上的跳针和器件
并把它们放置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 Vin2
连接到仪器的信号发生器通道 FGEN
将 Vin1 连接到仪器的示波器 通道 1
将测试板的输出 Vout1
连接到示波器的通路 2
接下来我们对仪器上电
并将 USB 线缆接到电脑上
电脑会检测到一个虚拟的 CD 驱动盘
您可以直接运行 VirtualBench 的软件
当软件运行起来以后
如下配置软件
设置时间分度为 5us/div
采集方式为自动
打开示波器通道一和二的使能
增益设为 1
直流耦合 2V/div
再打开波形发生器
设置如下
频率 50kHz 幅度九伏峰峰值 零伏偏置
50% 占空比的三角波
将正 25 伏电源设为正 5 伏输出
限流 0.1A
将 -25 伏的电源
设为 -5 伏输出限流 0.1A
点击电源键
打开电源
测试的结果如图所示
比较示波器显示的测试结果
和 TINA-TI 的仿真结果
并使用虚拟仪器和 TINA-TI 中的游标
测量输出电压被钳位的地方
将结果与您的计算值做比较
为了方便检验
我们已经在此处给出了答案
但是每个人的实验结果可能有所不同
这里是一个额外的实验
我们改变了输入信号的频率到 1kHz
并改变时间分度为 200us/div
现在将共模输入电压范围
与之前的 50kHz 的输入信号相比
您可以从测试中得到什么结果呢
正如您所看见的
对于 1kHz 的输入信号
几乎看不见失真或者钳位
这是因为 OPA140 这个运放在低频段
其实是轨至轨的运放
但是到了高频
在距离正电源轨 2V 的共模范围
它的性能开始减弱
在实验 2 中
我们将会看到输入输出限制
在一个反向放大器电路中的影响
首先根据在输入输出摆幅限制课程中
所学到的公式
计算这个反向放大电路的
输入共模电压范围和输出电压摆幅
在下一页中给出了计算所需要的参数
本电路使用的是 OPA277
为了进行计算
需要知道这个运放的输入电压范围
和输出电压摆幅值
这里给出了这些值
在表中填入您的答案
并回答底部所给出的问题
为了方便检验
我们也已经在此处给出了答案
和之前一样进行 SPICE 的仿真分析
但是这回我们使用的是
OPA277 的反向放大电路
实验中所用到的 TINA-TI 模型
已经嵌入到这个课程中
简单的双击便可以打开
点击 Analysis 转到 Transient
进行瞬态分析
设置时间为零毫秒到两毫秒
输入信号是一个 120mV Peak
1kHz 的三角波
您应该会得到一个类似这样的结果
Vin 是三角波
就如我们之前所预料到的那样
Vout 的正负端都被钳位了
原因就在于输出电压摆幅的限制
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
请如图所示的安装电路二的跳针和器件
装上 JMP6 JMP7 JMP8
并在 U2 上装上 OPA277
本页展示的是
TI Precision Labs Test Board
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 OPA277 的输入输出电压限制
为了让测试板正常工作
您只可以安装电路二的跳针和器件
不能安装 PCB 上其它电路里的跳针和元件
去掉不相关电路上的跳针和器件
并把它们放置在板子底部的存放区
这里的接线和实验一的接线是一样的
不用做任何的修改
虚拟仪器的设置和实验一也很相似
做如下的修改即可
我们设置通道一的纵向幅度为 100mV/div
设置通道二的为 1V/div
设置示波器的输出波形为幅度 0.22V Peak 值
零伏偏置 50% 占空比的三角波
频率为 1kHz
比较示波器显示的测试结果
和 TINA 的仿真结果
两者的输出波形应该看起来很相似
在波形的上半部分
应该都有明显的钳位现象
而对于波形的下半部
您所使用的放大器
可能出现也可能不出现钳位现象
以上就是本次实验课程的内容
非常感谢您的观看
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视频简介
3.4 TI 高精度实验室 - 输入输出限制 实验
所属课程：TI 高精度实验室放大器系列 - 输入输出限制
发布时间：2018.05.21
视频集数：4
本节视频时长：00:12:18
你有没有经历过运算放大器的意外信号输出行为，如削波或其他非线性行为？
其原因可能是输入共模电压限制或输出电压摆动限制。 了解真实世界电路环境下的数据表规范将有助于避免遇到此问题。 运用不同的工艺技术对运算放大器的输入和输出阶段进行内部观察，可以提供更多的想法。
本系列视频涵盖了运算放大器输入和输出摆幅限制的理论，然后将其应用于包括TINA-TI电路仿真和使用带测试设备的实际电路的实验的动手实验室。
未学习 3.1 TI 高精度实验室 - 输入输出限制
未学习 3.2 输入和输出限制 2
未学习 3.3 输入和输出限制 3
未学习 3.4 TI 高精度实验室 - 输入输出限制 实验
