圖1.建立時間。

 

● 誤差帶通常定義為步長百分比；例如，1%、0.5%、0.1%等。

● 建立時間常常是非線性的
；相比建立到0.1%所需的時間，建立到0.01%所需的時間可能要高出30倍。

● 製造商往往選擇使運算放大器看似性能優良的誤差帶。

 

和數模轉換器(DAC)不同，運算放大器沒有明顯的誤差帶；DAC本身具有1 LSB的誤差帶，或者可能為±1 LSB。除了步長（1 V、5 V
、10 V等）等deng定ding義yi外wai
，還hai必bi須xu選xuan擇ze並bing定ding義yi一yi個ge適shi當dang的de誤wu差cha帶dai。誤wu差cha帶dai的de選xuan擇ze將jiang取qu決jue於yu運yun算suan放fang大da器qi的de性xing能neng，但dan由you於yu所suo選xuan數shu值zhi因yin器qi件jian而er異yi，常chang常chang很hen難nan進jin行xing比bi較jiao。放fang大da器qi設she置zhi並bing不bu像xiang簡jian單dan的de單dan極ji點dianRC係統那樣簡單

，而且還可能涉及很多不同的時間常數。例如早期采用介質隔離(DI)工藝的運算放大器。這些器件建立至滿量程的1%很快
，但建立至0.1%卻很慢。同樣，由於存在熱效應，一些極高精度的運算放大器雖然可在幾微秒內建立至0.025%，但建立至0.001%或更高水平卻需要幾十毫秒。

 

還有一點需要注意，熱效應在短期建立時間（通常以納秒為單位）和長期建立時間（通常以微秒或毫秒為單位）之(zhi)間(jian)有(you)很(hen)大(da)的(de)不(bu)同(tong)。在(zai)許(xu)多(duo)交(jiao)流(liu)應(ying)用(yong)中(zhong)
，長(chang)期(qi)建(jian)立(li)時(shi)間(jian)並(bing)不(bu)重(zhong)要(yao)，但(dan)如(ru)果(guo)在(zai)直(zhi)流(liu)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)
，必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)與(yu)短(duan)期(qi)建(jian)立(li)時(shi)間(jian)截(jie)然(ran)不(bu)同(tong)的(de)時(shi)標(biao)來(lai)測(ce)量(liang)。

 

測量建立時間

 

實現高精度快速建立時間測量非常困難。為了產生快速
、高精度、低噪聲的平頂脈衝，必須格外小心。輸入調整設置為高靈敏度時
，大幅度階躍電壓會使許多示波器前端過驅。

 

材料

 

● ADALM2000主動學習模塊

● 無焊麵包板和跳線套件

● 兩個10 kΩ電阻

● 一個10 kΩ電位計

● 兩個肖特基二極管（可以使用ADALP2000 模擬部件套件中提供的1N914肖特基二極管，但效果不佳）

● 一個OP27運算放大器

● 一個OP37運算放大器

● 一個OP97緩慢建立放大器

● 2個0.1 μF電容（用於Vp和Vn電源的去耦）

 

指導

 

如圖2所示構建測試設置。注意Vn、Vp電源需要做去耦處理，需要在運算放大器電源引腳（引腳7為+5 V
，引腳4為–5 V）增加0.1μF的電容。這種配置可用於測量反相模式下工作的運算放大器的建立時間（例如本設置）。偽求和節點（電位計的遊標）的信號代表輸出和輸入信號之間的差值乘以常數k
；即誤差信號。

 

圖2.用偽求和節點測量建立時間。

 

 

為了使測試設置可靠工作，必須考慮很多細節。電阻值必須較低以盡量減小寄生時間常數。背對背肖特基二極管箝位D1和D2有助於防止示波器過驅，從而實現高垂直靈敏度設置。部件套件中提供的1N914型普通二極管將箝位在更高的電壓，並且由於電容比肖特基二極管高，因此可能會存儲更多電荷
，當R1 = R2 = 10 kΩ時，k = 0.5。采用1 V輸入步長時
，1%建立時間的誤差輸出端誤差帶為5 mV。/p>

 

硬件設置

 

波形發生器1配置為60 kHz方波，峰峰值幅度為1 V
，偏移為0 V。示波器通道1用於監控輸入方波，並設置為500 mV/div，用作觸發源。示波器通道2用於交替測量運算放大器輸出V2，以及電位計遊標的誤差信號。觀察放大器的輸出時，通道2應設置為500 mV/div，但觀察誤差信號時，應設置為更高靈敏感度的100 mV/div量程。

 

圖3.運算放大器建立時間麵包板電路。

 

程序步驟

 

首先
，使用模擬部件套件中的OP27放大器進行測量。電位計應事先設置在其調節範圍的中心附近並進行微調，使信號兩半的平坦部分幾乎相等並以0 V為中心（見圖4）。將顯示上升和下降輸入階躍建立時間的誤差波形導出，可用於實驗報告中。也可將OP27的示波器通道2誤差波形存儲為參考波形(REF1)
，以便之後與其他放大器的建立響應作比較。

 

接下來
，使用部件套件中的OP37放大器替換OP27放大器。同樣，將顯示上升和下降輸入階躍建立時間的誤差波形導出，可用於實驗報告中。用保存的OP27參考波形疊加在OP37建立波形上。比較每個波形的建立時間和通用特性。應將OP37的誤差波形存儲為參考波形(REF2)供以後比較。

 

接下來，使用部件套件中的OP37放大器替換OP27放大器。同樣，將顯示上升和下降輸入階躍建立時間的誤差波形導出，可用於實驗報告中。用保存的OP27參考波形疊加在OP37建立波形上。比較每個波形的建立時間和通用特性。應將OP37的誤差波形存儲為參考波形(REF2)供以後比較。

 

圖4.建立波形示例。

 

問題

 

● 更快的放大器會顯示響鈴建立特性。可添加哪些電路組件來消除振鈴（也許會花費較長的建立時間）

？

● 嚐試使用低阻值R1和R2（例如1 kΩ）
，並使用低值電位計（5 kΩ或更低）。這使建立波形有何變化（如有）

？

 

您可以在學子專區博客上找到問題答案。

 

建立時間測量的其他背景

 

在某些情況下
，可能還需要在偽求和節點後使用第二個（極快）放大器級來增加誤差信號電平。許多現代數字示波器（如ADALM2000模塊）對dui輸shu入ru過guo驅qu不bu那na麼me敏min感gan
，可ke以yi直zhi接jie用yong來lai測ce量liang誤wu差cha波bo形xing。但dan必bi須xu仔zai細xi查zha看kan示shi波bo器qi操cao作zuo手shou冊ce進jin行xing確que認ren。注zhu意yi
，直zhi接jie測ce量liang允yun許xu在zai反fan相xiang和he同tong相xiang模mo式shi下xia測ce量liang建jian立li時shi間jian。圖tu4所示為OP27和OP97運算放大器平坦脈衝輸入的輸出階躍響應示例。請注意
，OP27的1%建立時間約為2.8 μs
，OP97的1%建立時間約為4.2 μs。

 

進(jin)行(xing)這(zhe)種(zhong)建(jian)立(li)時(shi)間(jian)測(ce)量(liang)時(shi)，還(hai)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)能(neng)夠(gou)產(chan)生(sheng)具(ju)有(you)快(kuai)速(su)上(shang)升(sheng)和(he)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)以(yi)及(ji)足(zu)夠(gou)平(ping)坦(tan)度(du)脈(mai)衝(chong)的(de)脈(mai)衝(chong)源(yuan)。換(huan)言(yan)之(zhi)，如(ru)果(guo)受(shou)測(ce)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)0.1%建立時間為20 ns
，施加的脈衝必須在5 ns內建立至少0.05%。這超出了ADALM2000模塊中內置AWG信號源的能力。

 

這種信號源十分昂貴
，但是，采用圖5所示的簡單電路，配合較為平坦的發生器
，也可以確保提供平坦脈衝輸出。

 

圖5.簡單的平坦脈衝發生器

 

如果D1、D2和D3采用低電容肖特基二極管
，並且盡可能縮短所有連接的線長，圖5中所示的電路同樣可以獲得滿意的效果。可以采用長度較短的50 Ω同軸電纜將脈衝發生器連接至電路，但是如果測試夾具直接連接至發生器的輸出端
，測試結果最好。調整脈衝發生器使其在A（見圖5）處輸出趨正脈衝，該脈衝在不到5 ns時間內從約–1.8 V上升至+0.5 V（假定測試器件的建立時間約20 ns）。較短的上升時間可能會產生振鈴，較長的上升時間則會降低測試器件的建立時間性能；因此，實際電路需要進行一些優化

，以獲得最佳性能。脈衝發生器輸出A到達0 V以上時，D1開始導通，D2/D3則反向偏置。忽略D2-D3串聯組合的漏電流和雜散電容的情況下，受測器件輸入端信號B的0 V區域是平坦的。在A處脈衝為正值期間
，D1二極管及其100 Ω電阻有助於維持大約50 Ω的端接。

 

 

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