5.5 TI 高精度实验室 - 带宽 实验

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

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