运放开环频率响应测量方法

发表于 2013-8-7 11:45

关于运放的开环频率响应的实测，大伙有什么简便易行方法？（注意：不是仿真）
最可靠的可能是用频率响应分析仪，或网络分析仪了，但这些仪器比较昂贵，价格超过5位数，一般人可能都没有这条件。
所以，最好用绝大多人手头都有的设备。

登录 · 发表于 2013-8-7 12:24

发表于 2013-8-7 13:08

去年的时候我还想制作一个网络分析仪，发现很多技术难点搞不定。
即便是使用网络分析仪，也存在选择break point的问题，对好多类型的电路，都存在误差，也就是测量结果不真实。
总之，不论是使用仪器还是仿真，我都不确定有那么一种方法的测量结果足够真实。

发表于 2013-8-7 13:12

用示波器看李鲨鱼图形还是不错的，低频是直线；高频是椭圆，选取几个点，测几个数据，然后得到手画波特图。。。

发表于 2013-8-7 13:28

xukun977 发表于 2013-8-7 13:12
用示波器看李鲨鱼图形还是不错的，低频是直线；高频是椭圆，选取几个点，测几个数据，然后得到手画波特图 ...

看李沙育图形，需要
1、信号发生器。输出频率范围能够覆盖待测运放单位增益带宽，至少接近。输出幅度范围能够覆盖6个数量级，而且输出电压数值够准确。
2、示波器。

2楼图中就是需要这两件仪器。

发表于 2013-8-7 13:50

maychang 发表于 2013-8-7 12:24

此图只是概念图，或者是在仿真环境里用的，不具备实测性需求。
图中10M电阻只是用来确定工作点的，所以相当于直接测开环增益，VIN幅度略微有一点一点，或者失调电压本身，可能都会使输出饱和了。

发表于 2013-8-7 14:08

xukun977 发表于 2013-8-7 13:50
此图只是概念图，或者是在仿真环境里用的，不具备实测性需求。
图中10M电阻只是用来确定工作点的，所以 ...

这个恰恰是实测原理图。
运放是很粗糙的运放LM358。
失调电压由于电阻的直流反馈，不会使输出饱和。
输入电压当然幅度必须足够小，最低频率时大约0.1～0.2mV的样子。这么小的电压很难测量准确，但因频率很低，容易用较高电压经由电阻分压获得。电阻分压器输出电阻若不能忽略，必须计入反馈回路。

登录 · 发表于 2013-8-7 14:56

maychang 发表于 2013-8-7 14:08
这个恰恰是实测原理图。
运放是很粗糙的运放LM358。
失调电压由于电阻的直流反馈，不会使输出饱和。

不知你有没有亲自操作过，这个方案貌似问题多多：

1，不稳定
2，VIN几个毫伏输出就饱和了，就算用电阻分压来降低，但示波器一般灵敏度是1mV,波形无法完整显示了。

仿真都很难过关，加之失调电压、偏置电流、噪声等影响，更是雪上加霜。

发表于 2013-8-7 15:03

xukun977 发表于 2013-8-7 14:56
不知你有没有亲自操作过，这个方案貌似问题多多：

1，不稳定

示波器用于测量输出幅度，李沙育图形也是从电阻分压之前的信号得到，示波器灵敏度不够有什么关系？

登录 · 发表于 2013-8-7 15:05

2楼很可能是个概念图，不可能测出那么漂亮的波形，尤其是低频段。
加大输入波形，让输出不至于饱和，此时仿真低频段反向端波形：

示波器根本不可能测的出这么微弱的信号。

发表于 2013-8-7 15:09

xukun977 发表于 2013-8-7 15:05
2楼很可能是个概念图，不可能测出那么漂亮的波形，尤其是低频段。
加大输入波形，让输出不至于饱和，此时 ...

一般来说普通示波器不可能测量这么小的信号。
但你非要测量运放反相输入端吗？测量电阻分压之前的信号不行吗？

登录 · 发表于 2013-8-7 15:22

实测和上面的仿真类似：

高频段波形：

低频段整个就是没法测，波形惨不忍睹。。。

登录 · 发表于 2013-8-7 15:25

maychang 发表于 2013-8-7 15:09
一般来说普通示波器不可能测量这么小的信号。
但你非要测量运放反相输入端吗？测量电阻分压之前的信号不 ...

测开环增益，怎么会测前面那个点？

发表于 2013-8-7 15:31

估计你测试的电磁环境比较差，引入了大量干扰，例如广播电台的信号等等。

这是直接测量输入输出的电路，我用这个电路测量过LM324，而且是用直流测量，连输入端那个电容都没有。当然，必须先调零，以抵消失调。最烦的是温度稍变化(人呼吸的影响)输出就漂移很厉害，不得不把测试电路全盖住。

若不想这么麻烦，当然还有使用辅助放大器的电路。

登录 · 发表于 2013-8-7 16:15

xukun977 发表于 2013-8-7 15:25
测开环增益，怎么会测前面那个点？

图中S为低频信号发生器，R1R2电阻分压器，R3如2楼所述为10Mohm(实际1Mohm也够了)，电容C容量必须足够大，大到在测试频率下容抗可以忽略(测试频率10Hz时C要50000uF)。
通常低频信号发生器最大输出电压可以达到峰值10V，我现在手边的这台最大衰减是90db，那么准确输出数百mV不成问题。
取R1/R2为比较大的数值，例如R1为999ohm，R2为1ohm(可以用直流电桥校准)。那么S输出峰值1V时，R2两端峰值1mV。
R2当然与R3构成负反馈，但R2如此之小，R3(假定10Mohm)如此之大，该反馈可以忽略。
测量S两端电压，乘分压比得到反相输入端电压，再测量输出电压，计算得到开环增益。S两端电压在1V上下，至少数百mV，容易测量。
测量时需要等待相当长的时间(以小时计，电容C的容量实在太大)，电路才能够达到稳定。若想减少等待时间，可以与R3并联一支较小电阻，用个开关控制其并联或断开。

登录 · 发表于 2013-8-7 17:20

maychang 发表于 2013-8-7 16:15
图中S为低频信号发生器，R1R2电阻分压器，R3如2楼所述为10Mohm(实际1Mohm也够了)，电容C容量必须足够大 ...

这样的方案，缺点太多了，大电容漏电、潜在的不稳定、受限于示波器灵敏度。。。。。。

下面这个测试方案，可以克服上面所有缺点，简单、灵活、高效、准确、易实现。。。

发表于 2013-8-7 17:38

xukun977 发表于 2013-8-7 17:20
这样的方案，缺点太多了，大电容漏电、潜在的不稳定、受限于示波器灵敏度。。。。。。

下面这个测试方 ...

当然。
2楼图，是根据定义直接测量。
16楼图，是施加了负反馈的电路，还加入了频率补偿，这是根据测量结果来计算开环增益。

发表于 2013-8-7 21:41

本帖最后由 GavinZ 于 2013-8-7 21:42 编辑

xukun977 发表于 2013-8-7 17:20
这样的方案，缺点太多了，大电容漏电、潜在的不稳定、受限于示波器灵敏度。。。。。。

下面这个测试方 ...

我觉得不对啊，
maychang的电路的缺点：稳定性一定有问题，因为那个10M反馈电阻的存在（跟运放Cin就可形成pole），还有Ibias流过10M产生的output offset，不过好像好多运放的Ibias没那么大，所以最大问题是那个稳定性问题；

你的这个电路：noise gain那么大（反馈是个T网络吧），运放的output offset voltage也应该很大啊，难道不会饱和么？

登录 · 发表于 2013-8-7 21:53

GavinZ 发表于 2013-8-7 21:41
我觉得不对啊，
maychang的电路的缺点：稳定性一定有问题，因为那个10M反馈电阻的存在（跟运放Cin就可形成 ...

那个不是T网络，而是“放大网络”，（V-）-（V+）太小了，放大101倍后，便于示波器测量。

用大R和C测开环是种很常见的方法：

问题也不少，比如那个电容太大了，上电后会直接锁死，电路失效了。

发表于 2013-8-7 22:25

maychang 发表于 2013-8-7 15:31
估计你测试的电磁环境比较差，引入了大量干扰，例如广播电台的信号等等。

这是直接测量输入输出的电路，我 ...

maychang老师能不能说说温漂的影响大到什么程度?
室温和呼吸温度差算10度,闭环都可以忽略了吧?

[运放] 运放开环频率响应测量方法

相关帖子

本帖子中包含更多资源

评分

评论

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

评论

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

评论

浏览过的版块

坚毅之洋流

核心会员奖章

十世金身

技术导师奖章

突出贡献奖章

沉静之湖泊

技术领袖奖章