М.27.О. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
, А. В Светлов
Пензенский государственный университет, , (84, *****@***ru
1. Введение
При разработке устройств автоматики, а также прецизионных измерительных и высокочувствительных регистрирующих устройств кроме основных параметров операционных усилителей (ОУ) необходимо знать их шумовые параметры. Для определения и нормирования шумовых параметров ОУ введен ГОСТ 23089.12-86, в котором описаны методика и рекомендуемые схемы для измерений этих параметров. С целью автоматизации процесса измерения шумовых параметров ОУ на кафедре "Радиотехника и радиоэлектронные системы" ПГУ ведется разработка программно-аппаратного комплекса на базе оборудования фирмы National Instruments (NI) и программной среды LabVIEW.
2. Результаты работы
Комплекс состоит из трех частей: измерительной схемы, стандартной PCI платы ввода-вывода и персонального компьютера. Схема проведения эксперимента приведена на рисунке.
Измерительная схема содержит неинвертирующий усилитель на базе исследуемого ОУ и дополнительный неинвертирующий усилитель на базе прецизионного малошумящего ОУ, общий коэффициент усиления измерительной схемы равен 1000. Выходной сигнал измерительной схемы соответствует диапазону входного напряжения платы ввода-вывода. Питание измерительной схемы осуществляется от электрохимических источников тока с целью устранения шумов источника питания. Для защиты от внешних наводок измерительная схема помещена в электромагнитный экран.
Для оцифровки сигнала используется плата PCI NI 6251, имеющая 16 каналов ввода-вывода и разрешение 16 бит. Наличие большого числа каналов ввода и хорошее разрешение позволяют не только получать и оцифровывать собственный шумовой сигнал с измерительной схемы, но также и контролировать ее параметры при различных режимах измерений.
Аппаратно-программный комплекс позволяет проводить измерения нормированной э. д.с. шума, нормированного тока шума, эффективное значение напряжения шума и размах шума. Метод измерения нормированной э. д.с. шума основан на выделении отдельных участков спектров шума, с помощью узкополосных фильтров с дальнейшим измерением нормированной э. д.с. шума измерителем переменного напряжения. Метод измерения эффективного значения напряжения шума ОУ основан на выделении заданной полосы шумового спектра ОУ, осуществляемом широкополосным фильтром с дальнейшим измерением эффективного значения напряжения шума, приведенного ко входу. Метод измерения размаха шума основан на детектировании шумов двух полярностей с дальнейшим суммированием пиковых значений напряжений.
Необходимость создания стенда обусловлена следующими соображениями:
Создание трех различных стендов под различные типы ГОСТовских измерений, подбор и изменение их параметров вручную крайне не эффективно, поэтому с экономической точки зрения целесообразно построение многофункционального стенда.
Единый подход к измерению всех шумовых параметров ОУ, предусмотренных ГОСТ, позволяет получать измерительную информацию с близкими точностными показателями. Автоматизация процедур измерения, обработки и представления измерительной информации обеспечивает высокую производительность при входном контроле ОУ в производственных условиях.
Малые габариты измерительной схемы позволяют помещать ее в климатическую камеру и осуществлять контроль шумовых параметров ОУ в заданном диапазоне рабочих температур.
На основе полученной с помощью такого аппаратно-программного комплекса информации возможно создание макромодели ОУ с учетом его шумовых параметров, что позволит улучшить сходимость результатов моделирования схем на ОУ с экспериментальными данными.
3.Состав
В состав входит измерительная схема и ПЭВМ типа IBM PC с установленными оборудованием фирмы National Instruments (многофункциональной платой ввода-вывода NI DAQ 6251 или аналогичной), а также программным обеспечением, созданным в программной среде LabVIEW 7.0.
4.Преимущества технологий National Instruments
Попытки применения компьютерных технологий для автоматизации исследований параметров ОУ предпринимались и раньше, однако несовершенство программно-аппаратных средств не позволяло создать универсальный измерительный стенд с достаточными точностными характеристиками и сервисными возможностями. Использование программно-аппаратных средств National Instruments позволило, наконец, преодолеть этот барьер и решить задачу на качественно новом уровне.
