维普资讯 http://www.cqvip.com 提高运算放大器堪益校准精度昀方法 Ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏ，Ｉｍｐｒｏｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｇａｉｎ Ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ 口余学锋 Ｙｕ Ｘｕｅｆｅｎｇ 田晓华Ｔｉａｎ Ｘｉａｏｈｕａ 赵婉丽 Ｚｈａｏ Ｗａｎｌｉ 【作者简介】余学锋，男。硕士。高级工程师。 工作单位：中国华阴兵器试验中心。通讯地址： ７１４２００陕西华阴５０信箱４３分箱。 田晓华、赵婉丽，中国华阴兵器试验中心 （华阴７１４２００）。 【摘要】本文提出了运算放大器增益误 差直接测量的校准方法。并通过设计相应的误 差一电压变换电路。实现了运算放大器增益的 高精度校准，而且方法简单，费用较低。 【关键词】运算放大器增益校准 【收稿时问】２００２—０６—２４ 在日常的科研试验测试及仪器 设计中，经常要用到放大器，特别是 运算放大器组件，此时增益校准便 是其中必不可少的一项工作。运算 放大器的增益校准有许多方法，但 在一般科研工作中，希望能够用普 通的测试设备，完成对运算放大器 增益误差高精度的测量。本文将就 此问题进行分析，并给出一种能够 提高运算放大器增益校准精度的简 便方法。 １．基本原理分析 在以往的运算放大器增益误差 校准中，大都采用间接测量方法，即 通过阻抗分析仪测量运算放大器中 的增益控制电阻值，换算出增益及 其误差。如果能够直接获得运算放 大器的增益误差值，且此误差值是 以电压的形式出现，则可利用数字 多用表对此进行测量，由于是直接 测量误差，有可能大大提高运算放 大器增益校准精度。 如图１，这是一个单位增益反向 放大器。 囱 一０．００５，即使估计值误差为１０％， 其不确定度范围也仪为０．００１（一 １．００５５～一１．００４５）。 为了将上述理论分析结果转化 为实际测量方法，我们引入电路分 析基础的有关知识。根据基尔霍夫 凼ｌ 实际增益为： 定律，对图３的电路进行测量就可得 到（推导略）：△【，２１＝Ｕ２一Ｕ】＝ Ｇ＝ ＶＯＵＴ一 Ｔ厂 ＝ＧＮ（１＋ｅ）一 Ｎ＼ｉ 。 Ｕａ＾１＋己 ＾２ 式中：ＧＮ是增益的标称值（此 处为一１），ｅ是增益误差。为了讨论 方便，假设在测量增益误差时，相位 误差对其的影响可忽略。 现在设增益误差ｅ可以被直接 测量，其测量不确定度为Ｕ，，实际值 为ｅ０。有ｅ＝ｅ ０（１±Ｕ ）。 ３ 贝４： ＝Ｇ０（１＋￡ｏ±￡ｏ“ ）＝ 图３中虚线表示第二次测量时 ｌ、 ２的连线情况。式中：【， １表 Ｇｏ（１＋￡０）（１± ） 示第一次测量时“６点电压， ２表 式中：Ｇ０（１＋ｅ０）就是增益测量 示第二次钡０量时“６点电压。 的估计值。相应的不确定度为： ２．实际电路设计 ＵＧ＝± 士 ≈士±￡０ｅ ０“Ｅ 根据前面原理分析结果而设计 可以看出，增益误差直接测量 的实用测试电路如图４所示。 估计值的不确定度仪是间接测量不 确定度的１／ｌｏ左右，图２更清楚的 说明了这一点。 一１．０１ ’１ －－０．钾增益 ｌ Ｉ Ｉｌ ｌ Ｉ 一１．ＯＯ６ ’１ 增益 『 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ’Ｉ‘ ｌ ｌ 一 ｌ冬Ｉ ４ 图２ 图中虚框内的电路实际上就实 假设间接测量误差为１％（Ｇ 现了误差一电压变换， ＝一１），则不确定度范围为０、０２。而 Ｖ Ｒ ＋Ｖ ＲＲ２ 如果直接测量增益误差其估计值为 。 —— 一。 计量与测试技术・２００２・Ｎ＿ｏ．５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 在实际进行增益误差校准时， 步骤。 表２ ‰是由标准源提供，其误差相对于 表ｌ ＝一２时运算放大器增益误差校准步骤 校准方法 校准结果 估计值小确定度 整个测量系统而言可以忽略。 职Ｒｌ 校准 Ｓ３升 升 增益标 增益误差 传统间接测量法 一２．０ｌ２５ ０．０００６ 步骤 美付詈 美付詈 称值 增益误差测量法 一２．０ｌ２２ ０．０００ｌ 和ＶＥＲＲ２分别是开关Ｓｌ、ｓ２在Ａ、Ｂ ｌ Ａ Ｂ —ｌ ｅｉ 位置时ＶＥＲＲ的测量值。 从比较结果可以看出，在采用 ２ Ｂ Ａ —ｌ ｅ’ 一 普通的测试设备的情况下，增益误 ３ Ａ Ａ 一２ ｅ＝ｅｌ ￡２ 差直接测量 ‘法获得了与传统的间 可以看出，只要能够获得单位 接测量方法相当的精度，换句话说 增益误差的估计值，多倍增益运算 就是如果在相同的测量条件下，增 放大器的增益误差就是其单位增益 益误差直接测量方法的精度将高于 误差的代数和（推导略）。 传统的间接测量方法。 ３．校准结果分析 在整个测量过程中，由于是通 过转换开关来实现交替测试，使得 采用运算放大器型号为 测量中的有些公共误差项得以抵 ＬＭ３０８，电路中所有电阻的误差限 消，这也是所设计的误差～电压变 幽５ 为２％，转换开关使用固态继电器， 换器的一个特点，它使得对器件的 上述方法也可用于其它类型的 标准信号源为ＦＬＵＫＥ一５７００Ａ，输 要求大为降低。 运算放大器，如反向、同向、增益大 出信号频率为１００Ｈｚ，测量用数字多 参考文献 于１的放大器增益误差校准。图５给 用表型号是ＦＬＵＫＥ一８８４０Ａ，将此 ［１］黄俊钦．测试误差分析与数学模型．北 京：国防工业出版社，１９８５ 出了Ｇ。：一２的运算放大器增益误 测量获得的增益误差估计值与传统 差校准电路，表１给出了相应的校准 间接测量方法得到的结果进行比 ［２］李瀚孙．电路分析荩础．北京：人民教育 出版社，１９７９ ■ ， 牟平区积极服务于企业计量确认 企业计量检测体系确认标准作为质量 的内审员培训，业已成为企业计量确认工作 制程序文件、计量文件等，条件差的企业甚 认证的配套标准，现已成为企业提高产品质 的骨干。 至于手把手的教，并对内审情况主｜￡行分析总 量．节能降耗及与国际惯例接轨的主要手 （２）典型示范带动，为了让全区企业能 结，找出症结，常常牺牲休息时问和节假日， 段。为此烟台市质量技术监督局牟平区分 看得见实实在在的效益，他们一方面组织人 卓有成效的工作使他们都顺利的通过ｒ计 局以服务于企业计量检测体系确认为已任， 员到江、浙先进企业参观学习；一方面选择 积极为企业提供咨询服务，先后有２个企业 量确认审核验收，受到ｊ，企业的一致好评。 区内两家基础条件较好的企业作试点，并派 通过厂国家级确认，８个企业通过了省、市 出得力人员靠上去协助工作，率先通过了国 完善的计晕检测体系，规范的运行，带 验收，全区计量工作已驶入了发展的快车 家级确认，有效的树立企业计量确认的信 来了企业产品匝量和节能降耗的 著提高， 一道，几年来他们主要作了以下几方面工作： 心。 大批企业已认识到计量确认的有效性，自 （１）标准宣贯引导，１９９６年以来他们先 （３）咨询投入到位，这个局成立由３人 觉加入到申办行列中来，相信计母确认工作 后邀请省、市计量专家举办５期计量确认培 组成的咨询工作组。 将在全区结出丰硕的成果。 训班，有８０多个企业，３００多名同志参加学 受理申请后，在对企业的基本情况 解 （●山东烟台市质量技术监督局牟平区分局，王如 习，组织了２０多名企业人员参加省、市组织 之后，协助制定确认工作计划，指导企业编 本 程建，烟台２６４１００） 计量与测试技术・２００２・Ｎｏ．５ 囝