2022年2022年集成运放参数测试 .pdf

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1、1 / 7实验集成运算放大器参数测试一、实验目的：1通过对集成运算放大器A741 参数的测试， 了解集成运算放大器组件主要参数的定义和表示方法。2掌握运算放大器主要参数的测试方法。二、实验原理：集成运算放大器是一种使用广泛的线性集成电路器件，和其它电子器件一样，其特性是通过性能参数来表示的。集成电路生产厂家为描述其生产的集成电路器件的特性，通过大量的测试，为各种型号的集成电路制定了性能指标。符合指标的就是合格产品，否则就是不合格产品。要能够正确使用集成电路器件，就必须了解集成电路各项参数的含义及数值范围。集成电路的性能指标可以从产品说明书或器件手册查到，因此，我们必须学会看产品说明书和查阅器件

2、手册。由于集成电路是半导体器件，而半导体器件的性能参数常常有较大的离散性，因此，我们还必须掌握各项参数的测试方法，这样才能保证在电路中使用的器件是合格产品，满足电路设计的需要。运算放大器的性能参数可以使用专用的测试仪器进行测试（“运算放大器性能参数测试仪” ） ，也可以根据参数的定义，采用一些简易的方法进行测试。本次实验是学习使用常规仪表，对运算放大器的一些重要参数进行简易测试的方法。实验中采用的集成运算放大器型号为A741（同类产品有LM741 ，CF741，F007 等） ，是一种第二代通用运算放大器，其内部结构可参看教材P85 图 3-9集成运放F007 的电路原理图，其引脚排列如图1

3、所示。它是一种八脚双列直插式器件，其引脚定义如下：、调零端； 反相输入端； 同相输入端； 电源负极； 输出端； 电源正极； 空脚。以下为主要参数的测试方法：1输入失调电压：图 1 A741 引脚-V+VUo12345678UA7 41(顶视).名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 / 7理想运算放大器， 当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集成电路器件中，由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体

4、管组成的差动输入级，不对称的主要原因是两个差放管的UBE不相等），使得输入为零时，输出不为零。这种输入为零而输出不为零的现象称为“失调”。为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做“输入失调电压” ，记作 UIO或 VOS。输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数：odOOIOAUU式中： UIO 输入失调电压UOO 输入为零时的输出电压值AOD 运算放大器的开环电压放大倍数本次实验采用的失调电压测试电路如图2 所示。闭合开关K1及 K2，使电阻RB短接，测量此时的输出电压UO1即为输

5、出 失调电压，则 输入 失调电压1OF11IOURRRU实际测出的UO1可能为正，也可能为负，高质量的运算放大器UIO一般在 1mV 以下。测试中应注意： 将运放调零端开路（即不接入调零电路）； 要求电阻 R1和 R2，R3和 RF的阻值精确配对。2输入失调电流IIO 当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为IIO（有的资料中使用符号IOS） 。2B1BIOIII式中： IB1，IB2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于IB1，IB2本身的数值已很小（A 或 nA 级） ，因此它们的差值

6、通常不是直接测量的，测试电路如图2所示，测试分两步进行：R151R251R35.1KRB2KRB 2KRF5.1K234 1567UA741K1K2VCC+12VVEE-12VUoIB1IB2图 2 UIO，IIO测试电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 3 / 71）闭合开关K1及 K2，将两个RB短路。在低输入电阻下，测出输出电压UO1，如前所述，这是输入失调电压UIO所引起的输出电压。2）断开 K1及 K2,

7、将输入电阻RB接入两个输入端的输入电路中，由于RB阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，因此，测出两个电阻RB接入时的输出电压UO2，从中扣除输入失调电压UIO的影响（即UO1） ，则输入失调电流IIO为：BF112O1O2B1BIOR1RRRUUIII一般， IIO在 100nA 以下。测试中应注意：将运放调零端开路。两端输入电阻RB应精确配对。3开环差模放大倍数Aod集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用Aod表示 。它定义为开环输出电压UO与两个差分输入端之间所加差模输入信号Uid之比：idOodUUA或i

8、dOodUUlg20A（dB）按定义 Aod应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而且在开环情况下 UO的漂移量太大， 难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。Aod的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图3 所示。被测运放一方面通过RF、R1、R2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移；另一方面通过RF和 RS实现交流闭环，外加信号US经 R1、R2分压，使Uid足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R3应与反相输入端电阻R2相匹配，以减小输入偏置电流影响，电容C 为隔直电容。

9、 被测运放的开环电压放大倍数为：io21odUURR1AAod一般约为 105（100dB）左右。测试中应注意：测试前电路应首先消振及调零。被测运放要工作在线性状态。输入信号频率应较低， 一般用 50100HZ，输出信号幅度应较小，而且无明显失真。图 3 Aod 的测试电路R15.1KR251R351RF 5.1KC100uFUoUiRW100KVCC+12VVEE-12V ?3261574741RS1KUoUs名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 -

10、- - - - - - - - 4 / 74共模抑制比KCMR集成运放的差模电压放大倍数Aod与共模电压放大倍数Aoc之比称为共模抑制比，记为KCMR（或 CMRR ） 。ocodCMRAAK或dBAAlg20KocodCM R式中： Aod差模电压放大倍数；Aoc共模电压放大倍数。共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、 相位都相等的输入信号，是一种无用的信号（常因电路结构、干扰和温漂造成）。理想运算放大器的输入级是完全对称的，其共模电压放大倍数为零， 所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输入信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。但在实际

11、的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍数不可能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。 人们用共模抑制比KCMR来衡量集成运算放大器对共模信号的抑制能力。KCMR愈大，对共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。KCMR的测试电路如图4 所示。为了便于测试，采用闭环方式。集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数，根据使用的电阻值， 用下面公式计算：1FdRRA使用图 4 的电路可测得共模输入信号Uic和共模输出信号Uoc，根据测得的Uic、Uoc值

12、用下式计算出共模电压放大倍数：icoccUUA由 Ad和 Ac计算得共模抑制比：ocicFcdCMRUU1RRAAK测试中应注意：R11KR21KR3100kRF100KC100uFUoUicRW100KVCC+12VVEE-12V?234 1567741RS1KUocUs图 4 KCMR测试电路图 5 UICM测试电路234 1567741R110KRF 10KRW100K+12V-12VUoUiUs名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - -

13、 - - - - - 5 / 7 消振与调零； R1与 R2、R3与 RF之间阻值严格对称。输入信号Uic幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围UICM5共模输入电压范围UICM集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围， 运放的 KCMR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。UICM的测试电路如图5 所示。被测运放接成电压跟随器形式，输出端接示波器， 观察最大不失真输出波形，从而确定UICM值。6最大输出电压UOPP 集成运放的最大输出电压又称输出电压动态范围，记为UOPP，该参数与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如

14、图6 所示。改变 US幅度，观察UO削波顶失真开始时刻，从而确定 UO的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值UOPP。集成运算放大器在使用时应考虑的一些问题1）输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。2）调零。为提高运算精度，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时（如A741 的、脚） ，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将运放输入端接地， 用直流电压表测量输出电压UO，细心调节RW，使 UO为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，可按图 7 所示电路设置

15、调零电路。一个运放如不能调零，大致有如下原因：组件正常，接线有错误。组件正常，但图 6 UOPP测试电路234 1567741R21KRF 100KRW100K+12V-12VUoUiUsR1 1KYFR1R2R3R4RFUoUiRW-V+VR1R2R3RFRWR4R5+V-VUiUo ?YF图 7 调零电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 6 / 7负反馈不够强（RF / R1太大），为此可将RF短路，观察是否能

16、调零。组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。组件内部损坏，应更换的集成块。3）消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为的消除运放自激，常采用如下措施 若运放有相位补偿端子，可利用外接RC 补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。电路布线，元、器件布局应尽量减少分布电容。在正、负电源进线与地之间接上几十 F 的电解电容和0.010.1 F 的陶瓷电容相

17、并联，以减小电源引入的影响。三、实验设备与元件1模拟电路实验箱2信号发生器3双踪示波器4交流毫伏表5数字万用表6.集成运算放大器F7411 7. 电阻器512 ，51K 2, 1K2 2K 2, 10K2，100K2 8电解电容器100F1 四、实验步骤1 测量输入失调电压UIO 按图 2 连接实验电路， 闭合开关K1、K2，用直流电压表测量输出电压UO1，并计算 UIO 。记入表 1. 表 1 UIO（mV ）IIO(nA) Aod(db) CMRR(db) 实测值典型值实测值典型值实测值典型值实测值典型值注： 典型数据可查阅教材89 页2. 测量输入失调电流IIO 实验电路如图2,打开 K

18、1，K2，用直流电压表测量UO2,计算 IIO。记入表 1。3. 测量开环差模电压放大倍数Aod名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 7 / 7按图 3 连接实验电路，运放输入端加频率100HZ, 大小约为30mV50mV 正弦信号作为 Ui，用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量Uo和 Ui,并计算 Aod。 记入表 1。4. 测量共模抑制比KCMR按图 4 连接实验电路，运放输入端加f = 100Hz , Uic

19、= 1 2V 正弦信号，监视输出波形。测量 Uoc和 Uic,计算 Ad 、AC 及 KCMR ,记入表 1。五、实验报告1. 将所有测得的数据与典型值进行比较。2. 对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。六、预习要求1查阅集成运算放大器A741 典型指标数据及管脚功能。2根据查阅的典型数据，计算可能的数据值（如Uo1,Uo2等） ，以供实验时参考。3. 测量输入失调参数时，为什么运放反相端及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称 ? 4. 测量输入失调参数时，为什么要将调零端开路，而在进行其它测试时，则要求对输出电压进行调零? 5. 测试信号的频率选取的原则是什么？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -