运放测试器 OpAmp Tester



  • 手里的运放不少,用之前需要测试一下,原因有三:

    1、是否为假货
    2、是好是坏
    3、筛选

    前两个不必说,假的、坏的肯定要淘汰。
    第三个的具体目的在于分类,做到心中有数,用于不同目的,毕竟运放的典型值和最大值之间可能相差很大。
    有时找不到合适的运放,按照极限最大参数不够用,而按照典型值又不放心,比如LTC2054的典型Ib仅为1pA,如果真有这么小做个指零仪很不错,但Ib最大值为150pA,所以实测一下才心中有数,也能了解厂家的典型值到底是否典型。

    本测试器针对运放最重要的两个指标进行测试:失调电压Vos和偏置电流Ib。

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    原理也不复杂,运放接成反向放大器,三个电阻可调以便适合不同测量。

    反馈电阻R3取的很小(10k),但下面的S2取的很大(10M),此时运放就是个跟随器,放大倍数0.999几乎为1,然后把正输入的电阻接10M,运放的输出就与Ib+ 就是输出除以R14。

    类似,输入正短路到地,两个增益电阻都取最大的10M(也可以取小),那么Ib- 就是输出除R34,如上图仿真。

    最后,运放的正输入接地,反向放大器的接成阻值较小的1000倍,输出就是Vos的1000倍。阻值取的小是为了防止Ib-引起的误差。

    至于电源部分,采用单电源供电这样方便,但很多运放都需要正负电压供电因此采用一个运放进行电源分裂(split power supply)。

    最新更新:增加了表头显示功能,改正了前一版的几处问题:
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    采用4位双LED表头,电压0-9.999V,电流9.999A(或者0-9.999mA-20.00mA)
    表头的电源来自非对称性分压的上半部分,这样表头与被测运放共地,显示起来比较方便。

    C3及右边是分压电源,分成+2/3和-1/3两半,比如5V的得到+3.33V和-1.67V。

    Q1是扩流用的,用了PNP是因为表头用电是跨接到+V和地之间。如果主要用电跨接在地和-V之间那就要用NPN的管子。

    被测运放U2的输出直接进入OUT插座,同时也用R1、R2分压后供给LED表头的电流表做显示。

    电流表用内置10A分流器满度50mV的,U2输出经过200:1分压后供给表头则显示的数值正好就是电压伏特.
    由于U2的输出可正也可能负,这样要求LED的电流表可以测负值。

    为了提高灵敏度,加了一个×10按钮开关SW5,可以把分压比降低10倍(20:1分压),显示×10结果。

    被测运放电流的测量用采样电阻R4=10R,10mA下压降0.1V,差模放大25倍成为0-2.5V信号输出。
    LED表头的电压表是0-10V的,要在上分压电阻38.2k上并上个2k电阻改成0-2.7V的电压表,就可以直读0-10mA。
    (或者直接短路38.2k也可以,但两个27k的电阻R16、R18要改成24k的,这个24k的1%的好像不太好找)

    R16a和R18a是调整差模平衡的,用1Mk-10M可以调整到0.1%,当然可以不用。
    R8、R9提供一个偏压给运放,以便抵消因R16自己产生的0电流,因为双显LED表头没有调零。

    V1是仿真用的实际没有。
    V6V是外接电源插座,插上去就加电,不经过开关,电压比较自由,此时要求开关SW6断开。
    可以加电池供电,通过V8V插座和SW6开关,平时断开不耗电,使用的时候SW6闭合即可。同时,可以通过V6V插座给电池充电。



  • 第二部分,PCB图、PCB、配件

    PCB电路图
    SWS1-3是一样的,用双刀4掷的,双刀并联;
    测试插座用一个16脚的DIL锁紧插座,左边8脚放U2单运放、右边8脚放U4双运放,当然不能同时放。
    放U4时是双运放,到底测试双运放的哪一个,由SWS4来确定。

    S8贴片运放不装自己的插座,而是采用S8到N8的烧录转换座,插在U2(单运放)或U4(双运放)的位置。

    最初画了两次PCB板,做回来后发现一些问题,下面这个是最新的。

    板子尺寸95mm×70mm
    加了显示后可以脱离外部电压表独立测量,包括运放的电流,这样就成为真正的测试器了(Tester),而不是测试放大器。

    双四位LED表头上半部分是电压表,但在这里显示被测运放的电流。
    下半部分是电路表,可测负,用来显示被测运放的输出值,代表Vos和Ib。

    也可以装盒,此PCB作为面板,表头输出插座反装,引线在内部走,小孔忽略。当然,也可以只加个背板,四周留空。

    有关LED表头,下面这个是电压0-9.999V、电流99.99A的,图上显示3.500V、1.45mA。
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    其实电流只看小数点就行,99.99A和99.99mA没有区别,只是需要外接分流器而已。
    可以购买0-10V、0-10A这种,拆掉内部的分流器(暴力用钳子夹断即可),这样电流分辨1uA下满度9.999mA、分辨10uA下满度20.00mA,适合绝大多数运放。

    以下为本测试器采用的两个插座,左边的是锁紧插座,即ZIF(Zero Insertion Force,0力插入)插座,要安装在PCB上。
    右边的贴片插座需要插在ZIF插座上。
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    以下是PCB,板子布线明显比上一版多很多,主要是在PCB的两面增加了保护环(Guarding Ring),单运放的2、3脚,双运放的2、3、5、6脚,还有其所有走线。

    背面加了三个没有什么关系的电源,两个LT1004,1.2V和2.5V,另外加了个6VLDO电源。这三个电源耗电都非常小,加起来也不到0.05mA。

    另外,板子上做了一些试验性的工作,比如Solder Mask、Paste Mask、铺铜、开槽等。
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  • 第三部分,组装测试更改

    2019-8-25最新更新

    首先焊接按照电路图焊接贴片元件,R15a、R20、R17a、先不焊接。
    背面的元件是试验用的,可以不焊;
    右边的ON/CHG开关和BAT插座是给电池供电用的,可以不焊。

    其次焊接插座,其中Meter插座必须焊在背面,有挡板的一侧靠近LED表头;而电源插座和Out插座也可以焊接在背面。
    电源插座焊接的时候注意正负极不要搞错,与带引线插头做对比。

    然后焊接4个开关,注意SW1、SW2、SW3有方向,有孔的地方向左。

    然后焊接SW5,注意这个有方向,脱扣部位向右。

    再焊接锁紧插座,这个也是有方向的,扳手在左边。

    最后,插入LED表头,大功告成!

    简单使用方法:
    按照板子左上角提示进行。
    插入DIL运放,单运放在左,双运放在右,左右不能同时插入。
    插入SOC-8运放,需要用转换插座,单运放放入转换插座的左侧,再插入ZIF插座的左侧。双运放要把转换插座调转180度靠右放再插入ZIF插座的右侧。
    双运放到底想测量哪一个,用SW4开关转换,拨到下方测量的是1、2、3脚的,拨到上方测试的是5、6、7脚的。

    被测运放的电流由上面的红色LED显示,单位mA,最大15mA。
    被测运放的Ib和Vos由下面的蓝色LED显示,小数点闪动表示是负值。
    蓝色LED由于被测运放可能饱和的原因,最大显示可能只到2.000甚至1.xxx,如果显示过大需要换成低档。
    有些运放Vos和Ib非常小,打到最高档显示有效位数不多,此时可以按下×10按钮,读数×10。

    新版LED表头采用10V、10A红蓝双显,改动两处:
    一个是去掉分流器,成为+-50mV表头;
    另一个是在电压表分流电阻38.2k上并联2k,成为满度2.7V的电压表。
    电压表头显示0.000--9.999--10.00--15.20
    电流表头显示0.000--9.999--10.00--22.00,正负两个方向。

    ==============以下为较老内容==============
    2019-8-7更新
    板子到了,组装了一块,工作基本正常。
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    第一图开关位置4、4、1,Ib+ = -0.056/10M = -5.6nA
    第二图开关位置1、1、3,IVos = -0.398/10000 = -40uV
    而下面的运放电流为2.11mA

    但是,也发现几个问题:

    1、忘记负的Ib和负Vos的情形,电压表不能显示负值(用万用表倒是可以正确读数)。

    2、最大电阻10M,理论上最低能测试100pA的Ib,再小表头显示不出来(用万用表倒是可以正确读数)。

    3、用的这种0805的焊盘是Generic,太小,手工容易虚焊。

    4、标记、说明的位置太靠内部,被插座遮盖,有些地方缺少标记。

    5、放大倍数较大时(用10M电阻)读数不稳,可能是干扰或者没有防护,新版本已经加了防护环。

    2019-8-10更新
    昨天用现有的通孔/贴片混合板子搭棚改了电路,用LED表头的可测负的电流表做主显示,用电压表测量运放的电流:
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    不仅中间部分做了改动,增加了4个电阻(其中一个一个在背面)和三极管等,红圈的部分也做了变动:
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    改动后的电路图已经更新在前面的帖子里。



  • 第四部分,部分测试结果

    ADA4522-2,双,自稳零运放,开关位置1、1、4,
    Vos = -0.022/100000 = 0.22uV
    运放电流1.34mA
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    以下为OP97F,Fluke 732B输出运放,电流0.29mA,开关位置144但Ib读不出来,用万用表测试为-0.4mV,因此
    Ib- = 0.4m/10M = 40pA
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    下图为古老的2904,也就是LM358双运放,开关位置111,Vos=0.396*10=4mV,电流不太大0.42mA
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    以下是拆机金封LT1012CH,开关位置114,Vos = 0.896/100=9uV很不错,电流0.21mA也不大。
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  • 可以跟噪放或者slau522结合下,加上滤波器,顺便把1/f噪声也给测了~



  • @marc036 那样太麻烦了,我这个就是做个最简单的测试器。^o^



  • @lymex 这个好,一直想做个,感谢分享!



  • 画完板子发现,少画了一个单运放贴片插座。
    干脆去掉右边的那个贴片双运放插座算了,而是采用贴片烧录转换插座,插在16脚DIL锁紧插座上测试。



  • PCB到了,昨天装了一个做实验,部分结果和发现的问题已更新。

    使用说明:
    左下为S1、下右为S2、上为S3,这三个开关每个都有4档,组合起来可以完成不同的测试。

    供电电压5V到15V。
    单运放放左边,1脚在左下;双运放放右边,1脚也在左下。
    贴片运放需要用烧录插座转换。

    用万用表测量输出得到V,黑表笔接OUT插座的E、红表笔接旁边的O。
    以下,341代表S1=3、S2=4、S3=1,类推。
    341,Ib+ = -V*10,单位nA
    441,Ib+ = -V/10,单位nA
    133,Ib- = -V,单位nA
    144,Ib- = -V/10,单位nA
    112,Vos = V,单位mV
    113,Vos = V/10,单位mV
    114,Vos = V/100,单位mV



  • 非常不错的工具。建议人手一台。
    开关最好写个程序,自动判断。



  • @redtony运放测试器 OpAmp Tester 中说:

    开关最好写个程序,自动判断。

    这个真可以有,其实不用判断,因为开关有多余的触点/刀。直接给到单片机里面就行,同时用ADC采样,直接显示结果。



  • @lymex 非常棒的测试,堪比Ray State 1967年的《user's guide to applying and measuring operational amplifier specifications》

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  • 我也想过做这个东西,当时测试LT1013真假时,简单搭了个电路。这个可以加上转换速率和增益带宽测试,这样运放基本参数就有了:
    俩个比较器,一个计数器,一个DDS,一个检波 应该可以了吧,当然我知道说起来容易。。。。



  • @jxj 加入dds就让成本和复杂度大幅度增加了,不如留输入和输出,有兴趣的可以外接信号发生器和示波器测试。



  • 我只测量简单的,复杂的部分选择相信厂家数据。

    主要测试运放的好坏,万一坏的焊机不好用就麻烦了。

    再就是看看是否有假货,这个通过测量Vos、Ib、Is这三个参数基本能够判断出来。



  • 老大出品的都是好东西



  • 顶上去看



  • 非常棒的作品,老大,可以提供一下PCB打样文件么,这样就方便我们DIY了,非常感谢