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失调电压低至25 V真空干燥箱
浏览: 发布日期:2020-03-24

  op37可提供与OP27一样的高性能,但前者的设计针对增益大于5的电路进行了优化。这一设计变更将压摆率提高到17V/s,并将增益带宽积提高到63 MHz。

  op37不仅具有OP07的低失调电压和漂移特性,而且速度更高、噪声更低。失调电压低至25 V,漂移为0.6 V/C,因而该器件是精密仪器仪表应用的理想之选。极低噪声(10Hz时en=3.5nV/Hz)、低1/f噪声转折频率(2.7Hz)以及高增益(180万),能够使低电平信号得到的高增益放大。

  利用偏置电流消除电路,op37可实现10nA的低输入偏置电流和7nA的失调电流。在整个军用温度范围内,它通常可以将IB和IOS分别保持在20nA和15nA。

  输出级具有良好的负载驱动能力。10V保证摆幅(600 负载)和低输出失线成为专业音频应用的绝佳选择。

  在没有更好的测量运算放大器的情况下,实现测量放大器的的解决方案就是应用通用集成运算放大器中的精密集成运算放大器OP07/PO37。为了充分发挥OP07/op37的性能,要将op37/OP07的调零电路包括在测量放大器的电路之内。实际的测量放大器电路如图:

  为了改善集成运算放大器的电源阻抗,在没个集成运算放大器的正、负电源端,对地均接有用于旁路的2.2uf的陶瓷贴片电容器;为了能达到1~1000倍的增益可调并且是调节,增益调节电阻由三只不同阻值的可调电阻串联而成。

  集成运算放大器选用OP07/op37,但是不同厂家生产的OP07/op37的具体参数略有不同,如MAXIM的OP07/op37就比TI的OP07/op37性能好一点。因此应将所有的OP07生产厂家的OP07技术数据全部收集起来,仔细分析,再决定采用那个厂商的OP07/op37。当然,如果没有非常特殊的要求,则所有的OP07均可以满足性能要求。

  差动放大器的输入电阻、反馈电阻和匹配电阻均应选择0.1%的精度,如果选择1%~5%精度的电阻,则其共模抑制比将大大衰减。非常幸运的是,当时我们手头刚好有误差环为蓝环,即精度为0.2%的10K电阻,这是能够获得高共模抑制比的非常有利的条件,否则要在成百上千只误差为1%的的电阻中精选出四只容差只能达到0.1%以内的电阻。其工作量、所需要的测试仪器以及测试条件可想而知。

  信号转换电路选用的电阻的精度为1%。在设置匹配电阻时,通过精选,选择出阻值容差接近0.2%的电阻。目的就是要尽可能的确保信号变换的对称性,尽可能的减少共模噪声的混入。

  稳压电源电路选择1%精度的电阻,利用多只辅助电阻调节正、负输出电压的精度与容差。

  由于在电子设计竞赛中仅仅是制作单个样品,所以上述措施是切实可行的。但在大批量生产时,通过精选电阻的容差将是不可取的。

  这个试题对电路及其所属的连线等要求非常严格,工艺结构的好与坏直接决定着终电路的性能。

  (1)1m连线的解决方案:按竞赛要求,从信号源到测量放大器之间用1m连线相连接。如果处理不好,则经过这1m连线后,尽管信号源一侧基本上没有什么噪声成分,而在测量放大器一侧,信号中将可能混入客观的噪声,其主要原因就是空间的电磁场在这1m连线所包围的空间内感应的噪声信号。考虑到双绞线不仅简单实用,而且抗干扰性能也非常优异,因此,本设计采用的是双绞线,以确保具有足够的散热能力和尽可能低的由于结温导致的输出电压的变化。(上一篇博文中的电源便可)

  (3)自制变压器:为了获得良好的抗电磁干扰性能,变压器采用次级绕组双静电屏蔽的方式。

  将所有的电路板均固定在一块大的环氧树脂上,防止由于各种电路板的活动而造成的不必要的噪声。

  尽管有了测量放大器的设计电路和元器件参数,但是如果没有良好的电路板设计,也不会得到良好的测试结果。在这里,电磁兼容与电路板设计及其重要!电路板必须融入电磁兼容设计。

  首先,如果没有很好的单层电路板的电磁兼容设计经验,则应选择具有大平面地双层电路板设计,这样可以尽可能的降低接地的阻抗,尽可能地降低因接地阻抗而引起的附加噪声。

  第二,良好的元器件排布。尽可能地缩短走线长度;避免输入与输出之间的有害的耦合,按电路图的结构安排集成运算放大器的位置,以尽可能地缩短走线;输入与输出之间的走线尽可能的远离。

  第三,根据测量放大器的高输入阻抗的特点,对所有的集成运算放大器的输入端均采用屏蔽环的屏蔽措施,以屏蔽掉由于电路板的阻抗将临近引脚的信号引进输入端而成为噪声入侵的途径。

  第四,如果正、负电源线无法排布,则可将正、负电源线布置在大平面地的一侧。但是需要另行布线,不能破坏大平面地的结构,可以用连线的方式将正、负电源连接到集成运算放大器的正、负电源端。

  为了避免由于集成电路插座接触不良所造成的失误,在制作时应将集成电路直接焊接在电路板上。这是通过多次电子设计竞赛和科研项目总结出的教训。

  所有的连线,双股的采用双绞线形式;三股的采用绞线形式或编小辫的方式,以尽可能地降低连线回路的寄生电感并抵消外界电磁干扰。电源线,选用红色作为正输出线;黑色作为公共参考端(GND);蓝色作为负输出线;棕色作为交流输出线;一对绿色线作为信号线。这样所有的连线需要连接到何处便清晰明了,可以有效的防止接线错误。

  (1)输出电压调零。首先将差动输入端短接到GND,调节增益调节电阻中的1M、5.1K可调电阻的阻值为零。然后分别调节两个输入级的调零电阻,使相应的集成运算放大器的输出电压为零。后调节后级的差动放大器的调零电阻,使测量放大器的输出为零。

  (2)输出电压增益的调试。将桥式电阻网络与信号变换电路的输入端相连接;将信号变换电路的输出端与测量放大器相连接,调节桥式电阻网络的可调电阻,使之信号变换电路的输出电压为5mV,测量输出电压;调节输出电压增益调节电阻,使输出测量放大器的电压不低于5V,实现测量放大器的增益在1000倍以上。

  (3)输出噪声电压的测试。将测量放大器输入端经过1m连接线对GND短接,测量放大器输出电压值即为噪声电压值。噪声电压值分为直流分量和交流分量叠加的峰值,需要在示波器的直流耦合条件下测试,或用截至频率比较高的峰值电压表测试。如果仅仅用数字万用表的直流电压档测量,则将丢失交流分量;如果用交流电压档测量,则将丢失直流分量。

  (4)带宽的测试。首先将5mV的直流电压接到测量运算放大器的输入端,用示波器测试输出电压幅度;然后将5mV交流信号接到测量放大器输入端,从10Hz频率起,增加交流信号源的频率。用示波器测量放大器输出电压。直至输出测量电压降到10Hz条件下的0.707倍,此时的频率值即为测量放大器的带宽。一般情况下,测量放大器的带宽约为集成运算放大器单位增益带宽的1/1000,例如,若集成运算放大器单位增益带宽为300KHz,则测量放大器的带宽宽为300Hz。

  (5)输出电压幅值的测试。将信号源的频率调节到测量放大器截至频率的1/5以下,如50Hz,电压幅值为5mV,用示波器观察测量放大器的输出电压波形。逐步增加信号源输出电压幅值,直至测量放大器输出出现削波失真前。测量测量放大器的输出电压幅值(单峰值),一般情况下,其输出电压幅值可达到11-13V,大于10V的竞赛要求。这里的关键是,电源电压应高于13V,如果选用12V,则输出电压的幅值有可能达不到10V。

  (6)共模抑制比的测试。将测量放大器的两个输入端短接,并连接到10V的直流电压,测量测量放大器输出电压的变化值,这个直流电压变化值与10V的共模输入电压的比值就是共模抑制比。
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