基于VirtualBench平台的差动放大器自动化测试系统的制作方法

本发明属于虚拟仪器测量差动放大器领域，具体涉及一种基于virtualbench平台的差动放大器自动化测试系统。

背景技术：

差动放大器电路又叫差分电路，它不仅能有效地放大交流信号，而且能有效地减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。特别是大量的应用于集成运放电路，它常被用作多级放大器的前置级。

ni推出virtualbench是一款集成了混合信号示波器、函数发生器、数字万用表、可编程直流电源和数字i/o的多功能一体化仪器。用户可通过运行于pc或ipad上的软件应用程序与virtualbench交互。该设备以经济的价格提供了大多数常见的功能，为工程师使用台式仪器提供了新的可能性。它的优势为：占据最少的桌面或台面空间，一致、友好的界面使仪器配置更为简便，多样化的仪器具备了统一的界面，较大的显示器又提供了可视化以及快速保存数据和屏幕截图功能，性能更新颖、方便性更强，通过labview系统设计软件实现无缝集成。

labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ni）公司研制开发，类似于c和basic开发环境，但是labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labview使用的是图形化编辑语言g编写程序，产生的程序是框图的形式，它的优点有：功能灵活、易于修改、程序结构简单、逻辑清晰等。labview软件是ni设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。labview开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。目前在国内，从引进虚拟仪器到自身研究开发，虚拟仪器的研究与应用在我国已经有得到了长足的发展，虚拟实验室的研究和开发也逐渐得到重视，包括很多高校在内，已经建立了相对完善的相关专业的虚拟实验室。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于virtualbench平台的差动放大器自动化测试系统，能够实现使用虚拟仪器对差动放大器进行自动化测试。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于virtualbench平台的差动放大器自动化测试系统，其特征在于，包括：差动放大器测试电路、virtualbench平台和labview调用虚拟仪器自动测试部分；所述差动放大器测试电路与virtualbench平台相连接，所述labview调用虚拟仪器自动测试部分以labview为软件平台，借助于virtualbench和labview的联合技术，在labview中调用virtualbench的虚拟仪器控件对差动放大器的共模电压放大倍数、差模电压放大倍数、共模抑制比进行测量。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述差动放大器测试电路与virtualbench平台的连接是通过使用数据线连接差动放大器的引脚和virtualbench平台，并添加外部测试电路，通过在virtualbench平台界面上设置函数发生器、混合信号示波器、可编程直流电源、数字万用表和数字i/o的参数，直接对差动放大器测试电路进行输入和输出控制。

进一步地，所述labview调用虚拟仪器自动测试部分运用labview进行程序条件编写，使用基础程序文本，调用虚拟仪器控件使其正常运行并在前面板上得出波形图和所要数据。

进一步地，所述labview调用虚拟仪器自动测试部分在labview程序框图内设置显示控件，运用公式节点对数据进行计算，直接在labview的前面板上输出差动放大器的共模电压放大倍数、差模电压放大倍数、共模抑制比的数值。

进一步地，所述差动放大器测试电路中包括单刀双掷开关s1，三极管q1、q2、q3，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11，差动放大器共由6个引脚组成，u1+和u1-分别是输入端的正负极，u2+和u2-分别是输出端的正负极，u3+和u3-分别是偏置电压的正负极；

s1包括一个动触点和左右两个静触点；s1的动触点接r3的一端，r3的另一端接q1的发射极和q2的发射极，q1的基极接r8的一端，r8的另一端接u1+，q1的集电极接u2+，q2的基极接r11的一端，r11的另一端接u1-，q2的集电极接u2-，r1的一端接u2+，r1的另一端接u3+，r2的一端接u2-，r2的另一端接u3+，r9的一端接u1+，r9的另一端接地，r10的一端接u1-，r10的另一端接地；s1的左静触点接r4的一端，r4的另一端接u3-；s1的右静触点接q3的集电极，q3的发射极接r5的一端，r5的另一端接u3-，q3的基极接r6的一端，r6的另一端接u3+，r7的一端接q3的基极，r7的另一端接u3-；

当s1的开关打到左边时，左静触点接通，为调零电路；s1的开关打到右边时，右静触点接通，为测量电路。

进一步地，所述偏置电压u3的正极为+12v，负极为-12v。

进一步地，所述差动放大器测试电路中各元器件参数如下：r1=r2=r4=r8=r11=10kω，r3=50kω，r5=r9=r10=5.1kω，r6=68kω，r7=36kω；三极管q1、q2、q3都为npn型。

进一步地，测量共模电压放大倍数时，s1的开关打到右边，virtualbench平台界面上的函数发生器的负极接地，函数发生器的正极同时接入u1+和u1-，可编程直流电源的+25v量程处用连接线接入u3+，可编程直流电源的-25v量程处用连接线接入u3-，可编程直流电源的接地端接地，混合信号示波器通道1正极接入u2+，通道1负极接入u2-，混合信号示波器通道2正极接入u1+，通道2负极接地；完成所有连接后，运行labview程序，在labview前面板的显示控件上输出共模电压放大倍数的值。

进一步地，测量差模电压放大倍数时，s1的开关打到右边，virtualbench平台界面上的函数发生器的负极接入u1-，函数发生器的正极接入u1+，可编程直流电源的+25v量程处用连接线接入u3+，可编程直流电源的-25v量程处用连接线接入u3-，可编程直流电源的接地端接地，混合信号示波器通道1正极接入u2+，通道1负极接入u2-，混合信号示波器通道2正极接入u1+，通道2负极接入u1-；完成所有连接后，运行labview程序，在labview前面板的显示控件上输出差模电压放大倍数的值。

进一步地，测出共模电压放大倍数和差模电压放大倍数后，用差模电压放大倍数除以共模电压放大倍数得到共模抑制比，运行labview程序，并在labview的前面板的显示控件上自动输出。

本发明的有益效果是：

1、运用virtualbench这个高性能、简易实用的测量软件对差动放大器进行参数测量，相对于传统的运用独立函数发生器、独立示波器、独立电源、独立万用表的实验方法更简单方便，在节约成本的同时也能使测量结果更准确；

2、本测试系统具有较强的自动行和可调性，较强的自动性体现在可以运用labview编写程序，调用virtualbench控件直接自动测量差动放大器电路；较强的可调性体现在运用labview可以调试输入控件、对计算公式的调试编写、对输出变量的选择调试等；

3、运用labview的编程可直接自动测量所需参数，在前面板上可以有序输出所需各种数值，相较于传统人工测量，无需观察图形可直接得到数据，并且一个程序可反复使用，大大提高了自动化测量效率，准确性也高，是差动放大器在虚拟仪器测量领域的新探索。

附图说明

图1是本发明的差动放大器原理图。

图2是本发明的差动放大器测试电路原理图。

图3是本发明virtualbench的各部分连接端口。

图4是本发明的labview自动测试程序的前面板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

基于virtualbench平台的差动放大器自动化测试系统，包括差动放大器测试电路与virtualbench平台的连接部分和labview调用虚拟仪器自动测试部分，其中差动放大器测试电路与virtualbench平台的连接部分包括：差动放大器测试电路的搭建、外部测试电路的搭建、把virtualbench平台与差动放大器测试电路相连接；labview调用虚拟仪器自动测试部分是以labview为软件平台，借助于virtualbench和labview的联合技术，在labview中调用virtualbench的虚拟仪器控件，并设置相应的参数，编写可运行程序对差动放大器测试电路的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、共模抑制比等参数进行测量。

差动放大器测试电路是由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成，并装有一个单刀双掷开关，当开关拨向左边时，构成典型的差动放大器，此时开关所连电阻为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效的抑制零漂，稳定静态工作点。当开关拨向右边时，构成恒流源的差动放大器。它的晶体管恒流源代替发射极电阻，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。

共模放大倍数在理想情况下，双端输出共模放大倍数为0。当差动放大器的射极电阻足够大，或采用恒流源电路时，差模放大倍数由输出端方式决定，而与输入方式无关。共模抑制比是为了表明差动放大器对有用信号的放大作用和对共模信号的抑制能力的一个综合指标，其值为差模电压放大倍数除以共模电压放大倍数。

virtualbench平台与差动放大器测试电路的连接部分，是把所需要的差动放大器引脚连接到virtualbench，virtualbench平台通过usb接口直接与计算机相连接，在计算机中通过virtualbench所提供的操作界面设置完成对所连电路提供输入与输出控制。通过调试输入参数和差动放大器测试电路，在virtualbench前面板混合信号示波器上输出波形。

labview调用虚拟仪器自动测试部分通过运用labview进行程序条件编写，使用结构、控件、波形显示、循环等基础程序文本，调用示波器等虚拟仪器控件使其正常运行并能在前面板上得出波形图和所要数据。在labview的程序框图内可直接调用virtualbench控件，对其函数发生器、混合信号示波器、可编程直流电源等进行编程设置。运行labview程序，可在前面板的波形图控件上显示出virtualbench的波形图，并且可以直接添加显示控件得到波形的幅值、高电平、低电平等参数。在程序框图内设置显示控件，和运用公式节点对数据进行计算，可直接在前面板上输出想要的差动放大器的共模电压放大倍数、差模电压放大倍数、共模抑制比的数值。

如图1所示的差动放大器的结构原理图，共由6个引脚组成，u1+和u1-分别是输入端的正负极，u2+和u2-分别是输出端的正负极，u3+和u3-分别是偏置电压的正负极，所用电阻r1和r2都为10kω，r3为50ω，所用三极管q1和q2都是npn型。

如图2所示的差动放大器测试电路的原理图，u1+和u1-分别为输入端的正负极，u2+和u2-分别为输出端的正负极，u3+和u3-分别为偏置电压的正负极。三极管都选用npn型号，当开关打到左边时为调零电路，当开关打到右边时为测量电路，从三极管q1基极出来顺次连接10kω的电阻r8和u1+，从三极管q2的基极出来顺次连接10kω的电阻r11和u1-，在u1+和u1-之间串联两个510ω的电阻r9、r10，并在这两个电阻之间接地，在u3+与u3-之间顺次串联68kω的电阻r6和36kω的电阻r7，由电阻r3出来接入单刀双掷开关，刀片打到左边时顺次连接10kω的电阻r4和u3-，刀片打到右边时，顺次连接一个npn型的三极管q3、5.1kω的电阻r5、u3-，q3的基极连接到电阻r6和r7之间。

用labview调用virtualbench控件来自动化测试差动放大器的共模电压放大倍数：将图2的开关打到右边，图3为virtualbench的各部分连接端口，现将图3的函数发生器的负极接地，正极同时接入图2中的u1正负极，将图3的可编程直流电源的+25v量程处用连接线接入图2的u3+，图2的可编程电源-25v量程处用连接线接入图2的u3-，图2可编程直流电源的接地端接地，将图3的混合信号示波器通道1正极接入图2的u2+处，将图3的混合信号示波器通道1负极接入图2的u2-处，将图3的混合信号示波器通道2正极接入图2的u1+处，将图3的混合信号示波器通道2负极接地，完成所有连接后，运行labview程序，在labview前面板的显示控件上输出了共模电压放大倍数的值。

用labview调用virtualbench控件来自动化测试差动放大器的差模电压放大倍数：将图2的开关打到右边，如图3为virtualbench的各部分连接端口，现将图3的函数发生器的负极接入图2的u1-处，正极接入图2中的u1+处，将图3的可编程直流电源的+25v量程处用连接线接入图2的u3+，图3的可编程电源-25v量程处用连接线接入图2的u3-，图3可编程直流电源的接地端接地，将图3的混合信号示波器通道1正极接入图2的u2+处，将图3的混合信号示波器通道1负极接入图2的u2-处，将图3的混合信号示波器通道2正极接入图2的u1+处，将图3的混合信号示波器通道2负极接入图2的u1-处，完成所有连接后，运行labview程序，在labview前面板的显示控件上输出了差模电压放大倍数的值。

用labview调用virtualbench控件来自动化测试差动放大器的共模抑制比：分别用如上两种方法测出共模电压放大倍数和差模电压放大倍数，用差模电压放大倍数除以共模电压放大倍数就得到了共模抑制比，运行labview程序，并在labview的前面板的显示控件上自动输出。

labview调用虚拟仪器自动测试部分是在labview程序框图内调用virtualbench图标控件，并设置相应的参数，这些输入控件、显示控件都会在前面板上显示，如图4，分别用输入控件设置了函数发生器的输入参数，用显示控件输出了混合信号示波器的参数，用两张波形图分别单独显示出示波器的两个通道的波形，点击停止按钮，截取某时段的波形，并通过公式节点，直接在程序运行后显示出差分放大器的共模抑制比，实现自动化测量。

不难发现，本发明能实现运用虚拟仪器对差动放大器性能的测量，并在此基础上能实现自动化测量，避免了人工手动测量的繁琐性与高误差性，同时也具有较高的教学性和低成本性，能让学习者能通过测试，快速理解差动放大器的构造精髓，是一种实验教学和科研方式上的改革与提升，有效的提升了实验的完成效果。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。