本发明属于放大器幅频特性测试技术领域，涉及一种集成运放开环幅频特性测试系统。
背景技术：
在工程技术、科学研究和生产实践的各种活动中，集成运放开环幅频特性的测试具有非常重要的意义。根据开环增益的定义，最直接的测量方法是在集成运放开环的条件下，直接测量集成运放输入端的输入电压vi和放大后的输出电压vo。开环增益为：vo/vi。由于vi在uv数量级，用一般的毫伏表无法测量，用互相关法能轻松的进行测量。由于集成运放开环时，由于放大倍数很大，很可能使工作状态不稳定，失调电压、失调电流以及漂移等都要考虑。所以在闭环条件下，进行开环增益的测量，可以消除开环测量时的诸多缺点。
随着科学技术的不断发展以及微弱信号检测技术内容的更新，传统仪器日益暴露出一些缺陷和不足，这些仪器已不能满足现代电子测量的要求，严重影响教学和科研。为了提高电子测量的水平和方法，把虚拟仪器引入集成运放开环幅频特性检测技术当中,并应用到现代电子测量学科解决具体电子电路测量问题。使用虚拟仪器不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且能够提高教学和科研的质量与效率，实现普通仪器无法直接测量或无法精确测量的内容。本发明运用虚拟仪器技术，采用软件互相关检测法测量集成运放的开环幅频特性，具有结构简单，成本低廉、测试自动化程度高等优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种集成运放开环幅频特性测试系统。
本发明所采用的技术方案是包括待测集成运放，待测集成运放的负输入端a、电阻r1的一端、电阻r2的一端、低噪声前置放大器的负输入端c连接在一起，电阻r1的另一端连接数据采集卡的通道0，电阻r2的另一端、待测集成运放的放大输出信号vo1、数据采集卡的通道1连接在一起，待测集成运放的正输入端b接地，低噪声前置放大器的正输入端d接地，低噪声前置放大器的输出端vo2连接数据采集卡的通道2，数据采集卡连接计算机，数据采集卡采集的数据提供给计算机，由计算机中的信号互相关分析处理软件进行分析得到得待测集成运放的开环幅频特性曲线。
进一步，待测集成运放的正输入端b接直流电源的地端，低噪声前置放大器的正输入端d接直流电源的地端，直流电源连接到待测集成运放和低噪声前置放大器。
进一步，r1取1k，r2取10k。
进一步，低噪声前置放大器采样多级放大器级联，具有多个量程的放大倍数，低噪声前置放大器的放大倍数为1～100000倍，低噪声前置放大器的放大倍数通过开关来选择控制。
进一步，信号互相关分析处理软件由虚拟扫频信号发生器模块、daq输出和采集模块、互相关分析模块、幅频特性运算和输出信号模块组成；
虚拟扫频信号发生器模块是基于labview开发平台利用相应的功能子程序形成的，产生两路虚拟扫频正弦波信号，一路信号通过数据采集卡的模拟输出通道vs信号端连接到待测集成运放的输入端a，通过改变虚拟扫频信号发生器模块虚拟信号源的量程，来改变待测集成运放输入端的输入信号电压大小，通过虚拟扫频信号发生器模块的虚拟扫频改变输出信号vs的频率，虚拟扫频信号发生器模块产生的另一路虚拟信号提供一个参考虚拟扫频正弦波信号vr，该参考信号vr与数据采集卡采集到的放大器的输出信号vo1、vo2分别由互相关分析模块进行互相关运算，为保证两路电压信号的频率相同，两路信号具有频率跟随功能；虚拟扫频参考信号vr的获得是通过虚拟扫频信号发生器由内部获得，直接送互相关运算模块；数据采集卡输出的扫频正弦波信号vs，虚拟扫频信号发生器模块产生的参考扫频正弦波信号vr，待测集成运放的输出扫频正弦波信号vo1，含有噪声的低噪声前置放大器的输出扫频正弦波信号信号vo2，vo1和vr、vo2和vr分别经过互相关分析模块分析运算后的波形，以及集成运放的开环幅频特性曲线在幅频特性曲线及波形数据处理显示模块中显示出来。
进一步，虚拟扫频参考信号vr的幅度为1，实时频率与数据采集卡的输入信号相同。
本发明的有益效果是提高集成运放开环幅频特性的测量精度，测试自动化，测试装置结构简单，精度高，测试范围广，读数直观。
附图说明
图1是本发明系统结构示意图。
图中，1.待测集成运放，2.低噪声前置放大器，3.数据采集卡，4.直流电源，5.计算机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明是一种集成运放工作于闭环状态下，对集成运放的交流开环幅频特性进行测量的系统和方法。如图1所示，待测集成运放1的负输入端a、电阻r1的一端、电阻r2的一端、低噪声前置放大器2的负输入端c连接在一起，电阻r1的另一端连接数据采集卡3的通道0，电阻r2的另一端、待测集成运放1的放大输出信号vo1、数据采集卡3的通道1连接在一起，待测集成运放1的正输入端b接地，低噪声前置放大器2的正输入端d接地，低噪声前置放大器2的输出端vo2连接数据采集卡3的通道2，数据采集卡3连接计算机5，数据采集卡3采集的数据提供给计算机5，由计算机5中的信号互相关分析处理软件进行分析得到得待测集成运放的开环幅频特性曲线。其中，待测集成运放1的放大输出信号vo1、低噪声前置放大器2的放大输出信号vo2，分别连接到数据采集卡3的模拟输入端子。待测集成运放1构成一个负反馈放大器，待测集成运放1的增益由输入电阻r1和反馈电阻r2决定，此处r1取1k，r2取10k。信号vo1、vo2经数据采集卡3采集传输到计算机5中。数据采集卡3安插到计算机5上。虚拟扫频信号发生器产生的扫频正弦波信号vs由数据采集卡输出，送待测集成运放1的输入。待测集成运放1的放大输出信号vo1、低噪声前置放大器2的放大输出信号vo2，分别连接到数据采集卡3的模拟输入端子。信号vo1、vo2经数据采集卡3采集传输到计算机5中，与虚拟扫频信号发生器产生的参考扫频正弦波信号vr，由labview软件进行互相关运算处理，从而得到vo1和vo2的值，进而得到vi的值。
虚拟扫频信号发生器模块由计算机5中的labview软件实现，产生两路扫频虚拟正弦波信号，一路信号通过数据采集卡3的模拟输出通道vs信号端连接到待测集成运放1的输入端a，通过改变虚拟信号源的量程，来改变集成运放输入端的输入信号电压大小，通过虚拟扫频改变输出信号vs的频率。扫频虚拟正弦波信号产生的另一路虚拟信号提供一个参考扫频虚拟正弦波信号vr，该参考信号vr与采集卡采集到的放大器的输出信号vo1、vo2分别进行互相关等运算。vr信号频率与待测集成运放1的输入信号vs频率相同，vr信号幅值为1v。为保证两路电压信号的频率相同，两路信号具有频率跟随功能。
低噪声前置放大器2采样多级放大器级联，具有多个量程的放大倍数，放大倍数为1～100000倍，可通过开关来选择控制。低噪声前置放大器2的作用是将伴有噪声的微弱的待测集成运放输入电压信号vi放大到足以推动采集卡工作的电平。
采集信号和幅频特性曲线是通过波形的形式显示的，前面板中采用分页显示，在界面间切换，从左到右分别是：数据采集卡3输出的扫频正弦波信号vs，虚拟扫频信号发生器模块产生的参考扫频正弦波信号vr，待测集成运放1的输出扫频正弦波信号vo1，含有噪声的低噪声前置放大器2的输出扫频正弦波信号信号vo2。vo1和vr、vo2和vr分别经过互相关分析模块分析运算后的波形，以及集成运放的开环幅频特性曲线在幅频特性曲线及波形数据处理显示模块中显示出来。
待测集成运放1和低噪声前置放大器2的输出通过数值显示控件直观地看出。测量的结果包括4个量：即待测集成运放1的输出vo1的电压值、低噪声前置放大器2的输出vo2的电压值、待测集成运放1的开环增益gain值、扫频信号的实时频率值。用labview软件实现的程序框图，包括虚拟扫频信号发生器、daq输出和采集、互相关分析、幅频特性运算和输出信号几个部分。采样信息包括每秒采样率(fs)和每次采样波形的采样数，虚拟扫频信号发生器的采样信息应与数据采集卡的输出信号vs、被测信号vo1、vo2的采样信息相一致。虚拟扫频信号发生器由信号处理-波形生成模板中的-“基本信号发生器”和while循环及移位寄存器构成，产生2路信号，一路为参考扫频信号vr，一路为待测信号在计算机内部送数据采集卡。输出信号vs和输入信号(待测信号vo1、vo2)由signalexpress选板中的daq助手从数据采集卡输出和获得，“放大倍数”调节旋钮用来调节前置放大器输入信号的放大倍数，应与硬件电路中的前置放大器的放大倍数对应。
虚拟扫频参考信号vr的获得是通过虚拟扫频信号发生器由内部获得，直接送互相关运算模块。虚拟扫频参考信号vr的幅度为1，为标准参考信号，实时频率仍然与数据采集卡的输入信号相同。
测量信号vo1、vo2和参考信号vr的互相关分析的功能由labview中的时域分析模板提供。互相关vi位于functions>analyze>signalprocessing>timedomain>中，调用crosscorrelation函数进行离散序列的互相关函数计算。
通过调用labview中functions>signalprocessing>timedomain>crosscorrelation.vi子模板来实现互相关的算法。
测量信号vo1、vo2和参考信号vr的互相关分析框图程序中，由于信号分析要求循环进行，而整个过程都希望是人机交互的，因此，在后面板的程序设计中采用while循环结构。
测量信号和参考信号的两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，且保留了原测量信号的幅值信息。
经过互相关函数的运算，待测集成运放的输出电压vo1和前置放大器的输出电压vo2通过数值显示控件输出。由于前置放大器在硬件电路中已经对待测集成运放的输入进行了放大，故在软件中要加一个“放大倍数”旋钮，计算出待测集成运放的输入端电压。通过“logarithmbase10”等函数运算，求出增益gain。“logarithmbase10”函数位于express>算术与比较>数学>指数函数选板中。程序运行后，虚拟扫频信号发生器产生的信号是一个扫频信号，计算出的各频率点下的电压增益值gain和对应的扫频信号各频率点频率值送“创建xy图”，自动绘出幅频特性曲线，经处理和计算的数据通过显示部分进行显示。
系统所述的虚拟扫频信号发生器模块、daq输出和采集模块、互相关分析模块、幅频特性运算和输出信号等模块，均基于labview开发平台及其附属软件包研发而成。
系统所述的虚拟扫频信号发生器、daq输出和采集、互相关分析、幅频特性运算和输出信号等功能，是基于labview开发平台利用相应的功能子程序(vi)形成的。
本发明利用虚拟仪器技术，在pc机上完成扫频信号的产生、互相关检测和幅频特性测量等部分，采用labview软件编程实现对待测集成运放的输出信号vo1、低噪声前置放大器的输出信号vo2，和虚拟扫频信号发生器模块53产生的虚拟参考扫频信号vr互相关分析、幅频特性运算、波形数据的实时显示和监控，达到对集成运放开环幅频特性测试目的。充分利用相关分析方法所具有的抑制噪声和恢复提取有用信号能力强，测量准确度及分辨率高等优点。一种集成运放开环幅频特性测试系统所采用的相关测量具有良好的专用性、相通性和可移植性，它充分利用了计算机的强大功能，其图形化用户界面开发功能和灵活的特点使得软件编程灵活方便、简洁高效、性能稳定，实现数据的自动处理和判断，显示直观、效率高，这些特点使得本发明所设计的集成运放开环幅频特性测量系统具有一定的实用价值。
本发明的优点还在于：本发明实现集成运放在闭环工作条件下，对集成运放开环幅频特性的测量，消除了集成运放在开环工作时的工作状态不稳定，失调电压、失调电流以及漂移的等因素影响，从而解决了集成运放在开环工作时无法测量集成运放开环幅频特性的问题；进一步提高集成运放开环幅频特性的测量精度；测试自动化，大幅度降低测试系统成本；测试装置结构简单，精度高，测试范围广，具有测量操作简便，读数直观；可广泛用于工厂、研究所、实验室使用。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。