雙極性運(yùn)算放大器參數(shù)的測試

1、雙極性運(yùn)算放大器參數(shù)的測試運(yùn)算放大器（簡稱運(yùn)放）是一種直接耦合的高效增益放大器，在外接不 同反饋網(wǎng)絡(luò)后，可具有不同的運(yùn)算功能。運(yùn)算放大器除了可對輸入信號進(jìn)行 加、減、乘、除、微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算外，還在自動(dòng)控制，測量技術(shù)、儀 器儀表等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了更好的使用運(yùn)算放大器，必須對它的各種參數(shù)有一個(gè)較為全面地了 解。運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，參數(shù)很多，測試方法各異。本實(shí)驗(yàn)的目的是熟悉運(yùn)算放大器主要參數(shù)的測試原理，掌握這些參數(shù)的 測試方法。一、 實(shí) 驗(yàn) 原 理運(yùn)算放大器的符號如圖，它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)是反相輸入端用“” 表示，另一個(gè)位同相輸入端，用“ +”表示?？梢詥味溯斎?，也可以雙端輸

2、入。若把輸入信號接在“”輸入端，而“ +”端接地，或通過電阻接地， 則輸出信號與輸入信號反相，反之則同相。若兩個(gè)輸入端同時(shí)輸入信號電壓 為V_n V+時(shí)，其差動(dòng)輸入信號為 Vd=V_ V+。開環(huán)輸出電壓 Vo二AvoVd, Avo 為開環(huán)電壓放大倍數(shù)。運(yùn)算放大器在實(shí)際使用中，為了改善電路的性能，在輸入端和輸出端之 間總是接有不同的反饋網(wǎng)絡(luò)。通常是接在輸出端和反相輸入端之間。1. 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益是指放大器在無反饋時(shí)的差模電壓增益，其值為輸出電壓 變化量/ Vo和輸入電壓變化量/ V之比()由于Avo很大，輸入信號V很小，加之輸入電壓與輸出電壓之間有相位差，從而引入了較大的測試誤差，實(shí)際

3、測試中難以實(shí)現(xiàn)。測試開環(huán)電壓增益時(shí)，都采用交流開環(huán)，直流閉環(huán)的方法。測試原理如圖所示。圖運(yùn)算放大器符號直流通過RF實(shí)現(xiàn)全反饋，放大器的直流增益很小，故輸入直流電平十分 穩(wěn)定，不需進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)。取 CF足夠大，以滿足RF 1/ Q CF,使放大器的反相端交流接地，以保證交流開環(huán)的目的。這樣只要測得交流信號和電壓Ws和VO和，就能得到206Avo = Vo/V i= Vo/R1/(R+R2) Vs=(R1+R2)/R1?(Vo/V s)在訊號頻率固定的條件下，增加輸入信號電壓幅度，使輸出端獲得最大 無失真的波形。保持輸入電壓不變，增加輸入電壓頻率，當(dāng)輸出電壓的幅值 降低到低頻率值的倍，此時(shí)頻率為開

4、環(huán)帶寬。2.輸入偏置電流I IB當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出電壓為零(或規(guī)定值)是流入兩個(gè)輸入端偏置電流 的平均值，為輸入偏置電流IIB。設(shè)兩偏置電流為IIB1和IIB2，則用圖測試，若Vs=0, ks斷開，當(dāng)k1閉合，k2斷開，測得輸出電壓voi。當(dāng) 當(dāng)k2閉合，k1斷開，又可測得輸出電壓 V02。/Vo= VoiVo=2Rib (1+ Rf /R I)I IB 二/ Vo/2R (1+ Rf /Ri )3. 開環(huán)差模輸入電阻Rd開環(huán)差模輸入電阻 Rd是只差模輸入電壓變化與對應(yīng)的輸入電流變化之比。其測試原理如圖所示。在該圖中，要取CF足夠大，使交流短路，構(gòu)成交流開環(huán)，而直流是閉環(huán)，圖 開環(huán)差模輸入電阻

5、和輸出電阻測測試Rd分兩步進(jìn)行，將低頻正弦信號 W輸入電路，先將k1、k2閉合， 測得輸出正弦信號 Vo1=Av)V 1，再將k1、k2斷開，測得輸出正弦信號 V02, 其值為Vo2 = AvdV 1Rid/( R id+2R)= V)1Rid/( R id+2R)由此求得id=Vd2/( Vo1 Vd2)x 2R輸入正弦信號 W的頻率一般不超過1KHz以清除電容的影響。R不宜太 大，以減小噪聲的影響。2 074. 開環(huán)輸出電阻 ROS開環(huán)輸出電阻FOs是指輸出電壓變化與其對應(yīng)的輸出電流變化之比。仍用 的電路進(jìn)行測試。測試分兩步進(jìn)行，先將k1、k2閉合，k3斷開，送入低頻正弦信號測得輸出Voi

6、二AvV 1,這里V i為輸入端信號。閉合k2,接入負(fù)載阻抗R_，再 次測得輸出電壓V02為AvDV iFL/( Ros+FL)= Voi Rl/( Ros+FL)求得 FOs=(Vo1 -Vo2) FL/ Vo2(5. 輸入失調(diào)電壓 VIo由于運(yùn)放電路參數(shù)的不對稱,使得兩個(gè)輸入端都接地時(shí),輸出電壓不為 零,稱為放大器的失調(diào)。為了使輸出電壓回到零,就必須在輸入端加上一個(gè) 糾偏電壓來補(bǔ)償這種失調(diào), 這個(gè)所加的糾偏電壓就叫運(yùn)算放大器的輸入失調(diào) 電壓，用V。表示。故Vo的定義為使輸出電壓為零在兩個(gè)輸入端之間需加有 的直流補(bǔ)償電壓。輸入失調(diào)電壓的測量原理如圖所示。圖中直流電路通過 R和金接成閉合 環(huán)路

7、。通常r的取值不超過100Q, rr，這是若測得輸出電壓為 VO1,就 可推算出輸入端的失調(diào)電壓為圖 輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流測試6. 輸入失調(diào)電流IQIIO的定義為補(bǔ)償失調(diào)電壓后，使輸出電壓為零，而流入運(yùn)算放大器兩輸入端的電流之差。即I I0=( I b1- I b2)(測試原理仍用圖，分兩步進(jìn)行。第一步將k1和k2閉合，測得輸出電壓為Voi，因這時(shí)的電路和測試輸入失調(diào)電壓完全一樣，故可得Voi= Vo( R+RF) /R第二步將k1和k2都斷開，此時(shí)運(yùn)放的兩個(gè)輸入端，除了失調(diào)電壓 V。之 外，還有輸入電流Ibi和Ib2在電阻上所產(chǎn)生的電壓，即I biR- I b2R=( I bi- Ib2)

8、R= I IO R。若這時(shí)測得輸出電壓為 V02,根據(jù)前面的計(jì)算公式可知VO2= ( Voi+ I IO R) ?( RI +RF)/ RI ,由此可得I IO= Ri/( Ri+FF) ? (V Vdi) / R 7.共模抑制比kCMR運(yùn)放應(yīng)對共模信號有很強(qiáng)的抑制能力。表征這種能力的參數(shù)叫共模抑制 比，用kcMR表示。它定義為差模電壓增益 Avd和共模電壓增益Ave之比，即 kcM= | AvD/Ave I。kcM= I AvD/Ave I =同時(shí)的測試原理如圖所示。由于FFR，該閉環(huán)電路對差模信號的增益 AW二R/RR|, R遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻、規(guī)定的誤差帶為 2o讀取響應(yīng)時(shí)間方法如圖所示。

9、其中tr為上升時(shí)間，tf為下降時(shí)間，td（r） 為上升延遲時(shí)間，td（f）為下降延遲時(shí)間。驗(yàn)內(nèi)容1. 開環(huán)電壓增益測量。2. 輸入偏置電流測量。3. 開環(huán)差模輸入電阻測量4. 開環(huán)輸出電阻測量。5. 輸入失調(diào)電壓測量。6. 輸入失調(diào)電流測量。7. 共模抑制比測量。8. 電壓轉(zhuǎn)換速率測量。9. 脈沖響應(yīng)時(shí)間測量。三、實(shí)驗(yàn)步驟以圖所示的電路進(jìn)行參數(shù)測試，步驟如下:210100k+ 5V )ll100”00k6J 3k Q15V 丄3kdGVtfikVt(G1一一一丄200a3L_3V-Dl沖(b接51kKI 200 卩+310kR3k 埜1000Pk1接電容。K3、k4根據(jù)需要可接入R-和O。參照

10、實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的(a圖運(yùn)算放大器參數(shù)測試電電路。測試時(shí)將k2接輸入信號,1. 測試運(yùn)放得開環(huán)特性參數(shù)用圖測試。2.測試大信號脈沖參數(shù)也采用圖(a)的電路。測試時(shí)將k2接電阻，k1接脈沖信號源，R根據(jù)需要選取，從輸入和輸出脈沖波形中讀取各個(gè)有關(guān)脈沖 的參數(shù)。測試時(shí)可利用K3和k4接入負(fù)載RL和以觀察FL和CL對脈沖參數(shù)的 影響3. 測試失調(diào)特性參數(shù)和共模特性參數(shù)都采用圖 （b）的電路。圖中的AT為 被測電路，A為輔助電路。若采用單電路測試方法，可將 K6和K7斷開，K5 閉合。變幻開關(guān)位置，即可測試各個(gè)參數(shù)。4. 在圖（b）中將k4、K3接地，分別在k1斷開，k2閉合和k1閉合、k2斷 開

11、兩種情況下，測出輔助放大器的輸出電壓 VOi和V02,帶入式中，即可計(jì)算 出I IB。測Vd和Iid時(shí)，都是將k4、K8接地，通過k1和k2的閉合斷開，測出 輔助放大器的輸出電壓VOi和V02,計(jì)算Vo和ii。；測試共模特性參數(shù)時(shí)，將 k1, k2閉合，k4接地，從K3送入正弦信號VS測出輔助放大器的輸出電壓 VL，計(jì)算出kCMR四、實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 處 理 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，將有關(guān)輸入輸出波形描繪下來，詳細(xì)記錄各個(gè)測 試數(shù)據(jù)，并作相應(yīng)的計(jì)算。五、思 考 題1. Vcc和vee的大小對最大輸出峰峰電壓有何影響？2. 運(yùn)放在小信號下工作和大信號下工作，狀態(tài)有何不同？3. 采用輔助放大器測試有什么優(yōu)點(diǎn)？試分析測試線路原理。六、參 考 資 料1 李清泉、黃昌寧，集成運(yùn)算放大器原理及應(yīng)用， 124頁，科學(xué)出版社，1982 年。2 沈尚賢，模擬電子學(xué)，p231334.人民郵電出版社，1983年。3 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)