集成運算放大器參數的測試標準實驗報告

./電子科技大學微電子與固體電子學院標準實驗報告課程名稱集成電路原理與設計電子科技大學教務處制表電子科技大學實驗報告學生：學號：指導教師：實驗地點：微固樓335實驗時間：一、實驗室名稱：微電子技術實驗室二、實驗項目名稱：集成運算放大器參數的測試三、實驗學時：4四、實驗原理：運算放大器符號如圖1所示,有兩個輸入端。一個是反相輸入端用"-"表示,另一個是同相輸入端用"+"表示。可以是單端輸入,也可是雙端輸入。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。若兩個輸入端同時輸入信號電壓為V-和V+時,其差動輸入信號為VID=V--V+。開環(huán)輸出電壓V0=AVOVID。AVO為開環(huán)電壓放大倍數。運算放大器在實際使用中,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絡。通常是接在輸出端和反相輸入端之間。圖1運算放大器符號本實驗的重點在于根據實驗指導書要求,對開環(huán)電壓增益、輸入失調電壓、共模抑制比、電壓轉換速率和脈沖響應時間等主要運放參數進行測量。五、實驗目的：運算放大器是一種直接耦合的高增益放大器,在外接不同反饋網絡后,就可具有不同的運算功能。運算放大器除了可對輸入信號進行加、減、乘、除、微分、等數學運算外,還在自動控制、測量技術、儀器儀表等各個領域得到廣泛應用。為了更好地使用運算放大器,必須對它的各種參數有一個較為全面的了解。運算放大器結構十分復雜,參數很多,測試方法各異,需要分別進行測量。本實驗正是基于如上的技術應用背景和《集成電路原理》課程設置及其特點而設置,目的在于：〔1了解集成電路測試的常用儀器儀表使用方法及注意事項。〔2學習集成運算放大器主要參數的測試原理,掌握這些主要參數的測試方法。通過該實驗,使學生了解運算放大器測試結構和方法,加深感性認識,增強學生的實驗與綜合分析能力,進而為今后從事科研、開發(fā)工作打下良好基礎。六、實驗容：1．開環(huán)電壓增益測量。2．開環(huán)輸出電阻測量。3．輸入失調電壓測量。4．共模抑制比測量。5．電壓轉換速率測量。6．脈沖響應時間測量。七、實驗器材：〔1直流穩(wěn)壓電源一臺〔2數字雙蹤示波器*一臺〔3信號發(fā)生器一臺〔4實驗測試板及連接線一套〔5常見通用運算放大器IC樣品一塊八、實驗步驟：1、首先熟悉數字雙蹤示波器和信號源的使用,根據指導書要求搭建各參數的測試電路。注意所選電阻、電容的值,不能確定時要用萬用表測量；在測試板上連接測試電路時應注意各運放集成塊各管腳的功能,以免連接錯誤。2、各參數的測試〔1、開環(huán)電壓增益由于開環(huán)電壓增益AV0很大,輸入信號VI很小,加之輸入電壓與輸出電壓之間有相位差,從而引人了較大的測試誤差,實際測試中難以實現(xiàn)。測試開環(huán)電壓增益時,都采用交流開環(huán),直流閉環(huán)的方法。測試原理如圖2所示。圖2開環(huán)直流電壓增益測試原理圖直流通過RF實現(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,不需進行零點調節(jié)。取CF足夠大,以滿足RF》l/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電壓vS和vo,就能得到〔1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,當輸出電壓的幅值降低到低頻率值的0.707倍,此時頻率為開環(huán)帶寬?！?、輸入失調電壓VIO圖3輸入失調電壓和失調電流測試原理圖由于運放電路參數的不對稱,使得兩個輸入端都接地時,輸出電壓不為零,稱為放大器的失調。為了使輸出電壓回到零,就必須在輸入端加上一個糾偏電壓來補償這種失調,這個所加的糾偏電壓就叫運算放大器的輸入失調電壓,用VIO表示。故VIO的定義為使輸出電壓為零在兩輸入端之間需加有的直流補償電壓。輸入失調電壓的測量原理如圖3所示。圖中直流電路通過RI和RF接成閉合環(huán)路。通常RI的取值不超過100,RF》RI。〔3共模抑制比kCMR運放應對共模信號有很強的抑制能力。表征這種能力的參數叫共模抑制比,用kCMR表示。它定義為差模電壓增益AVD和共模電壓增益AVC之比,即圖4共模抑制比測試原理圖測試原理如圖4所示。kCMR的大小往往與頻率有關,同時也與輸入信號大小和波形有關。測量的頻率不宜太高,信號不宜太大。〔4、電壓轉換速率SR的測試電壓轉換速率SR定義為運放在單位增益狀態(tài)下,在運放輸入端送入規(guī)定的大信號階躍脈沖電壓時,輸出電壓隨時間的最大變化率。圖5電壓轉換速率側試原理圖SR的測試原理如圖5〔a所示。測試時取RI=RF,在輸入端送入脈沖電壓,從輸出端見到輸出波形,如圖5<b所示。這時可以規(guī)定過沖量的輸出脈沖電壓上升沿〔下降沿的恒定變化率區(qū)間,取輸出電壓幅度V0和對應的時間t,由計算公式求出〔2通常上升過程和下降過程不同,故應分別測出SR+和SR-?！?、脈沖晌應時間的測試〔或稱為建立時間圖6讀取響應時間方法脈沖響應時間包括上升時間,下降時間、延遲時間、和脈動時間等,測試原理仍如圖5〔a所示,取RF＞RI,RI遠大于信號源阻、規(guī)定的誤差帶為1%。讀取響應時間方法如圖6所示。其中tr為上升時間,tf為下降時間,td<r為上升延遲時間,td<f為下降延遲時間。九、實驗數據及結果分析：1、開環(huán)增益表1開環(huán)增益測試數據列表輸入VS〔mV輸出VO〔V測試條件206CF=100uF,RF=1M,R2=100K,R1=1K則：可得2、輸入失調電壓表2輸入失調電壓測試數據列表VO〔VRF〔R1〔-0.0792.43M1K則：3、共模抑制比表3共模抑制比測試數據列表VIC〔VVOC〔VRF〔R1〔0.140.052.43M1K則,共模增益：可得其共模抑制比或98.5dB4、轉換速率表4轉換速率測試數據列表V〔Vt〔s4.06.7則5、單位增益帶寬表5單位增益帶寬測試數據列表BW〔HzRF〔R1〔41K10K1K得十、實驗結論：結合課程所學的知識,對A741雙極運算放大器的主要參數進行了測試,熟悉了數字雙蹤示波器等常用儀器的使用技巧,掌握了通用運算放大器的測試方法,同時對課程中相關的理論知識有了更深入的認識。十一、總結及心得體會：通過本次實驗,熟悉了數字雙蹤示波器等常用儀器的使用技巧,掌握了通用運算放大器的測試方法,加深了對所學理論知識的感性認識,增強了自身的實驗與綜合分析能力,進而為今后從事科研、開發(fā)工