6.4 TI 高精度实验室 - 压摆率 实验

大家好

欢迎来到 TI Precision Labs

德州仪器高精度实验室的

运放压摆率环节

这个实验会包括

计算 SPICE 仿真和实际测试

这些环节将帮助大家

对课程中的概念加深理解

在本次实验课程的详细计算部分

可以通过手工完成

也可以使用 MathCAD 或 Excel 等工具

可以大大帮助提高效率

因为德州仪器

提供了在本实验课程中使用到的

运放的通用 SPICE 模型

所以仿真练习

可以在任何 SPICE 仿真工具中进行

然而仿真最方便的是在 TINA-TI 中完成

TINA-TI 是一个可以在 TI 官方网站

免费下载的软件

我们在这份 PPT 中

也给出了 TINA 的仿真原理图

最后会在 TI 提供的印刷电路板 pcb 上

进行实际测量

如果您能使用标准的实验室设备

您可以使用任何示波器

和 正负 15V 的电源进行必要的测量

然而我们强烈推荐使用

National Instruments VirtualBench 工具

VirtualBench 是一个多合一的测试设备解决方案

通过 USB 或者 wifi 连接电脑

并提供供电电源 模拟信号发生器和示波器通道

此外还提供一个五位半的万用表

以方便高精度测量

本次实验课程中就是使用这套虚拟仪器进行测量

首先根据表中给出的参数

结合在压摆率课程中所学到的概念

画出这里所示电路的输出电压波形

为方便您检查结果

我们在这里给出了答案

下一步是进行 SPICE 瞬态压摆率仿真

这个仿真可以让我们看到

运放在 5Vpk 10kHz 的方波输入时

输出的电压响应

TINA 的仿真原理图附在课程中

双击图标即可打开

仿真步骤如下

点击 Analysis

然后 Transient

仿真时间从 0 微秒到 200 微秒

通过仿真

您应该会得到一个类似这样的结果

输入是方波

如我们所预期的

可以观察到输出被 OPA277 的压摆率给限制了

通过观察输出电压从 10% 上升到 90% 的时间

或者说是从 -4V 到 4V 的上升时间

可以看到使用光标来测量从 -4V 到 +4V 的时间

并使用压摆率的计算公式

用电压差除以时间

这个仿真结果的压摆率是 0.7V 每微秒

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

并且在 U7 上装上 OPA277

这一页上展示的是

德州仪器高精度实验室测试板上的

电路五的原理图

您可以使用这个电路来测试 OPA277 的压摆率

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 上其他电路里的跳针和元件

去掉不相关电路上的跳针和元件

并把它们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的通道 1

并将 Vin2 连接到仪器的 FGEN

将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通道 2

接下来我们对仪器上电

并将 USB 线缆连接到电脑上

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

当软件运行起来后

如下配置软件

设置时间分度为 20 微秒每格

采集方式为自动

打开示波器通道一和通道二的使能

增益设置为 1

采用直流耦合 5V 每格的设置

打开波形发生器

设置如下

频率 10kHz 幅度 10Vpp 0V 偏置

频率 10kHz 幅度 10Vpp 0V 偏置

50% 占空比的方波

将 +25V 电源设为 +15V 输出 限流 0.5A

将 -25V 电源设为 -15V 输出 限流 0.5A

点击电源键 打开电源

我们来看一下测试到的压摆率

打开光标如图设置

把光标放置在输出信号的 10% 和 90% 的地方

记录下时间和电压的差值

用之前所给出的公式计算压摆率

在这个例子里面

我们测到的压摆率是 0.82V 每微秒

您所得到的结果也可能和这个值略有差异

比较示波器显示的测试结果

和 TINA 的仿真结果

再和手册上的压摆率的参数比较

三者的结果应该是一致的

当然可能存在微小的差异

以上就是本次实验的内容

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

运放压摆率环节

这个实验会包括

计算 SPICE 仿真和实际测试

这些环节将帮助大家

对课程中的概念加深理解

在本次实验课程的详细计算部分

可以通过手工完成

也可以使用 MathCAD 或 Excel 等工具

可以大大帮助提高效率

因为德州仪器

提供了在本实验课程中使用到的

运放的通用 SPICE 模型

所以仿真练习

可以在任何 SPICE 仿真工具中进行

然而仿真最方便的是在 TINA-TI 中完成

TINA-TI 是一个可以在 TI 官方网站

免费下载的软件

我们在这份 PPT 中

也给出了 TINA 的仿真原理图

最后会在 TI 提供的印刷电路板 pcb 上

进行实际测量

如果您能使用标准的实验室设备

您可以使用任何示波器

和 正负 15V 的电源进行必要的测量

然而我们强烈推荐使用

National Instruments VirtualBench 工具

VirtualBench 是一个多合一的测试设备解决方案

通过 USB 或者 wifi 连接电脑

并提供供电电源 模拟信号发生器和示波器通道

此外还提供一个五位半的万用表

以方便高精度测量

本次实验课程中就是使用这套虚拟仪器进行测量

首先根据表中给出的参数

结合在压摆率课程中所学到的概念

画出这里所示电路的输出电压波形

为方便您检查结果

我们在这里给出了答案

下一步是进行 SPICE 瞬态压摆率仿真

这个仿真可以让我们看到

运放在 5Vpk 10kHz 的方波输入时

输出的电压响应

TINA 的仿真原理图附在课程中

双击图标即可打开

仿真步骤如下

点击 Analysis

然后 Transient

仿真时间从 0 微秒到 200 微秒

通过仿真

您应该会得到一个类似这样的结果

输入是方波

如我们所预期的

可以观察到输出被 OPA277 的压摆率给限制了

通过观察输出电压从 10% 上升到 90% 的时间

或者说是从 -4V 到 4V 的上升时间

可以看到使用光标来测量从 -4V 到 +4V 的时间

并使用压摆率的计算公式

用电压差除以时间

这个仿真结果的压摆率是 0.7V 每微秒

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

并且在 U7 上装上 OPA277

这一页上展示的是

德州仪器高精度实验室测试板上的

电路五的原理图

您可以使用这个电路来测试 OPA277 的压摆率

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 上其他电路里的跳针和元件

去掉不相关电路上的跳针和元件

并把它们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的通道 1

并将 Vin2 连接到仪器的 FGEN

将测试板的输出 Vout1 连接到示波器的通道 2

接下来我们对仪器上电

并将 USB 线缆连接到电脑上

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

当软件运行起来后

如下配置软件

设置时间分度为 20 微秒每格

采集方式为自动

打开示波器通道一和通道二的使能

增益设置为 1

采用直流耦合 5V 每格的设置

打开波形发生器

设置如下

频率 10kHz 幅度 10Vpp 0V 偏置

频率 10kHz 幅度 10Vpp 0V 偏置

50% 占空比的方波

将 +25V 电源设为 +15V 输出 限流 0.5A

将 -25V 电源设为 -15V 输出 限流 0.5A

点击电源键 打开电源

我们来看一下测试到的压摆率

打开光标如图设置

把光标放置在输出信号的 10% 和 90% 的地方

记录下时间和电压的差值

用之前所给出的公式计算压摆率

在这个例子里面

我们测到的压摆率是 0.82V 每微秒

您所得到的结果也可能和这个值略有差异

比较示波器显示的测试结果

和 TINA 的仿真结果

再和手册上的压摆率的参数比较

三者的结果应该是一致的

当然可能存在微小的差异

以上就是本次实验的内容

非常感谢您的观看