集成運(yùn)放的主要參數(shù)以及測試方法

1、集成運(yùn)放的性能主要參數(shù)及國標(biāo)測試方法集成運(yùn)放的性能可用一些參數(shù)來表示。集成運(yùn)放的主要參數(shù)：1. 開環(huán)特性參數(shù)(1) 開環(huán)電壓放大倍數(shù) Ao。在沒有外接反饋電路、輸出端開路、在輸入端加一個低頻小 信號電壓時(shí)，所測出輸出電壓復(fù)振幅與差動輸入電壓復(fù)振幅之比值，稱為開環(huán)電壓 放大倍數(shù)。Ao越高越穩(wěn)定，所構(gòu)成運(yùn)算放大電路的運(yùn)算精度也越高。(2) 差分輸入電阻 Rio差分輸入電阻 Ri是運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。它是指：開環(huán)運(yùn)算放大器在室溫下，加在它兩個輸入端之間的差模輸入電壓變化量Vi與由它所引起的差模輸入電流變化量Ii之比。一般為10k3M,高的可達(dá)1000M以上。在大多數(shù)情況下，總希望集成運(yùn)放的

2、開環(huán)輸入電阻大一些好。(3) 輸出電阻Ro。在沒有外加反饋的情況下，集成運(yùn)放在室溫下其輸出電壓變化與輸出 電流變化之比。它實(shí)際上就是開環(huán)狀態(tài)下集成運(yùn)放輸出級的輸出電阻，其大小反映 了放大器帶負(fù)載的能力，Ro通常越小越好，典型值一般在幾十到幾百歐。(4) 共模輸入電阻 Rico開環(huán)狀態(tài)下，兩差分輸入端分別對地端呈現(xiàn)的等效電阻，稱為 共模輸入電阻。(5) 開環(huán)頻率特性。開環(huán)頻率特性是指：在開環(huán)狀態(tài)下，輸出電壓下降3dB所對應(yīng)的通頻帶寬，也稱為開環(huán)-3dB帶寬。2. 輸入失調(diào)特性由于運(yùn)算放大器輸入回路的不對稱性，將產(chǎn)生一定的輸入誤差信號，從而限制里運(yùn)算放大器的信號靈敏度。通常用以下參數(shù)表示。(1)

3、輸入失調(diào)電壓 Vos。在室溫及標(biāo)稱電源電壓下，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，集成運(yùn)放的輸 出電位Vo0折合到輸入端的數(shù)值，即：Vos=Vo0/Ao失調(diào)電壓的大小反映了差動輸入級元件的失配程度。當(dāng)集成運(yùn)放的輸入端外接電阻比較小時(shí)。失調(diào)電壓及其漂移是引起運(yùn)算誤差的主要原因之一。Vos 一般在mV級，顯然它越小越好。(2) 輸入失調(diào)電流Ios。在常溫下，當(dāng)輸入信號為零時(shí)，放大器兩個輸入端的基極偏置電流之差稱為輸入失調(diào)電流。即：Ios=Ib- Ib+式中Ib-、Ib+為放大器內(nèi)兩個輸入端晶體管的基極電流。Ios 一般在零點(diǎn)幾微安到零點(diǎn)零幾微安數(shù)量級，其值越小越好。失調(diào)電流的大小反映了差動輸入級兩個晶體管B值的失配

4、程度，當(dāng)集成運(yùn)放的輸入端外接電阻比較大時(shí)，失調(diào)電流及其漂移將是運(yùn)算誤差的主要原因。(3) 輸入失調(diào)電流溫漂 dIos。溫度波動對運(yùn)算放大器的參數(shù)是有影響的。如溫度變化時(shí)，不僅能使集成運(yùn)放兩輸入晶體管的基極偏置電流Ib-、Ib+發(fā)生變化，而且兩者的變化率也不相同。也就是輸入失調(diào)電流Ios將隨溫度而變化，不能保持為常數(shù)。一般常用的集成運(yùn)放的 dIos指標(biāo)如下：通用I型低增益運(yùn)放。在 +25 C +85C范圍約為 520nA/C, -40 C +25C范圍約為 2050nA/ C。通用n型中增益運(yùn)放。dIos約為520nA/C。低漂移運(yùn)放。dIos約為100PA/C(4) 輸入失調(diào)電壓溫漂 dVos

5、。在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，Vos隨溫度的平均變化率，即：dVos=A Vos/ T一般為150uV/C，高質(zhì)量的低于 0.5uV。由于該指標(biāo)不像 Vos可以通過調(diào)零進(jìn)行補(bǔ)償，因此更為重要。(5) 輸入偏置電流Ib。常溫下，輸入信號為零時(shí)，兩個輸出端的基極偏置電流的平均值。即：Ib=1/2 (Ib- + Ib+ )通常，Ib在10nA1uA的范圍內(nèi)。在放大器差動輸入級的集電極靜態(tài)電流一定的情況下，輸入偏置電流的大小直接反映了輸入級晶體管的B值。輸入偏置電流愈小，輸入失調(diào)電流也愈小，同時(shí)放大器的輸入電阻也愈高。3. 輸出特性(1) 輸出電壓的最大不失真范圍Vop-p。輸出電壓的最大不失真范圍是指：

6、運(yùn)算放大器在額定電源電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)明顯削波失真是所得到的最大峰值輸出電壓(也稱為最大輸出電壓、 輸出電壓擺幅、輸出電壓動態(tài)范圍)。一般常規(guī)運(yùn)放的 Vop-p 指標(biāo)約比正、負(fù)電源電壓各小23V。(2) 輸出電流的最大失真值范圍Iop-p。輸出電流的最大失真范圍是指：運(yùn)算放大器在額定電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)明顯的削波失真時(shí)所得到的最大峰值輸出電流(也 稱為最大輸出電流、輸出電流擺幅、輸出電流動態(tài)范圍)。4. 共模特性共模特性是指共模輸入信號作用下的特性。常用的參數(shù)有：(1) 共模抑制比CMRR把放大器的輸入信號分為差模信號與共模信號，這只是針對有兩個輸入端的差分放大器以及輸入級均由個種形

7、式的差分電路所組成的運(yùn)算放大器而(a)(b)圖為差模與共模信號電路差模信號。如圖(a)所示，當(dāng)兩個大小相等，極性相反的直流信號 Vi+=10mM Vi-=-10mV，或是一對幅值相等而相位相反的交流信號如Vi+=10mVsin (wt)、Vi-=-10mVsin (wt+pi )被加到它的兩個輸入端時(shí)，對于這種成對出現(xiàn)、但對 差分電路兩邊晶體管作用相反(使一邊晶體管注入電流Ib增大，而另一邊Ib減小)的信號稱為差模輸入信號或差動輸入信號，這是需要加以放大的有用信號。共模信號。如圖(b)所示，對在運(yùn)算放大器或差分電路兩輸入端上出現(xiàn)的。 不僅大小相等，而且極性或相位也完全相同的信號稱為共模輸入信號

8、。在運(yùn)放或差分電路中共模信號是應(yīng)該加以抑制的無用信號。共模抑制比是全面衡量集成運(yùn)放差動輸入級各參數(shù)對稱程度的標(biāo)志，十分重要。其定 義式為:CMRR=|AvD/AvC|或 CMRR=20lg|AvD/AvC|式中AvD差模電壓增益。Av -一共模電壓增益。由此可見，運(yùn)算放大器的差模增益 AvD越高，共模增益AvC越低，其共模抑制比CMRR 就能具有較高的數(shù)值。共模抑制比CMR越大，它對溫度影響的抑制能力就越強(qiáng)。因此，不論運(yùn)放是否工作在有、無共模信號的情況，cmrr旨標(biāo)總是越大越好。集成運(yùn)放的共模抑制比通常是很高的。國產(chǎn)運(yùn)放的共模抑制比指標(biāo)如下：通用I型運(yùn)放 CMRR > 7080dB通用I

9、I型運(yùn)放 CMRR > 6580dB通用III 型運(yùn)放 CMRR > 7090dB低漂移運(yùn)放CMRR> 80110dB單電源運(yùn)放CMRR> 70dB高阻抗運(yùn)放CMRR> 86dBCMO運(yùn)放CMRR > 76dB(2)共模電壓范圍 Vcp-p。運(yùn)放電路所能承受的最大輸入共模電壓，稱為共模電壓范圍。超過這個電壓，運(yùn)放電路的共模抑制比將顯著下降。例如用集成運(yùn)放接成電壓跟隨 器電路時(shí)，其共模電壓范圍是指：輸出端產(chǎn)生1%艮隨誤差時(shí)，輸入共模電壓的幅度值。5.電源特性(1) 靜態(tài)功耗Pe。靜態(tài)功耗是在不接負(fù)載，且輸入信號為零時(shí)，運(yùn)算放大器本身所消耗電 源的總功率。典型值

10、為幾十至幾百毫瓦，專用的低功耗運(yùn)放均為幾毫瓦。(2) 電源電壓抑制比 PSRR由電源電壓變化產(chǎn)生的輸入失調(diào)電壓變化值對電源電壓變化值 之比。集成運(yùn)放的測試方法：開環(huán)參數(shù)的測試方法開環(huán)參數(shù)系指集成運(yùn)放不加反饋時(shí)，在差模輸入信號作用下的特性。(1)測試說明。開環(huán)參數(shù)的測試通常采用低頻(100400Hz)交流信號進(jìn)行測量。只要信號頻率低于開環(huán)放大器的截止頻率。測試信號可以從同相端加入，同向輸入常用的開環(huán)參數(shù)測試電路如圖(c)所示；測試信號也可以從反相輸入端加入，反相輸入常用的開環(huán)測試電 路如圖(d)所示。圖(c)同相輸入開環(huán)參數(shù)測試電路R£圖（d）反相輸入的開環(huán)參數(shù)測試電路對于圖（c）來說

11、，其反饋信號通過反饋電阻器 Rf和電容Cf加在反相端。對于零點(diǎn)漂移一類的直流量，電容 Cf可看成開路，反饋至反相端的電壓與輸出電壓接近相等，整個電路處于很深的負(fù)反饋狀態(tài)之下，電壓增益約等于1。但是，對于待測交流信號，由于電容Cf的容量相當(dāng)大，電容器 Cf可看作短路，反相端處于交流接地狀態(tài)，相當(dāng)于無負(fù)反饋?zhàn)饔?，放大器處于開環(huán)狀態(tài)。（2）同相輸入時(shí)開環(huán)增益 Ao的測量。當(dāng)輸入信號頻率在 100400Hz之間時(shí)，圖（c）電路 中的Cf可視為短路，電路處于交流開環(huán)狀態(tài)，輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之比值即為開環(huán)電壓增益Ao。圖（c）中的電阻器R1和R2是為提高輸入交流電壓的測量精度而設(shè)置的，分壓比為：R

12、2/ （ R1 + R2 ） Q 10C1為隔直電容器，C2為交流旁路電容器，電阻 R3與Rf相等，用來克服靜態(tài)基極電流對輸 出電壓的影響。開環(huán)電壓增益為：5l.Vo=103 voR2VsVs（3）反相輸入時(shí)開環(huán)增益 Ao的測量。相關(guān)電路如圖（d）所示。圖中電阻（R1 + r2 ）和r2Rf和Rs所并減小電路失調(diào)對輸出電壓的影響。組成直流負(fù)反饋電路，以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，構(gòu)成的交流負(fù)反饋，使整個電路工作穩(wěn)定。測試電路元件的取值，應(yīng)使:(R1 + R2 ) AR s ,R1 A R2為保證Vi為非常小的直流成分變化量,而對交流信號 Vs中的交流成分反饋量， 經(jīng)過大電容C1分掉，整個電路對交流相當(dāng)于開

13、環(huán)。' 一 .-R2作用是保證兩個輸入直流電阻平衡。測試時(shí)，將負(fù)載開路（如有RL時(shí)），夕卜加低額（如100Hz）交流信號電壓 Vs, Vs經(jīng)過R1、R2分壓，使輸入信號 Vi足夠小，以保證電路工作在線性區(qū)。測出輸出電壓VA即:A。= 20 lgR" R2 Vo)VaR2R2值盡量小些，以減小 los和集成運(yùn)放輸入電阻R的影響，一般用幾十至幾百歐。（4）開環(huán)頻率特性的測量.開環(huán)頻率特性也稱為開環(huán)帶寬,由于集成運(yùn)放的下截止頻率為零 ,故上截止頻率fH就代表整個電路的帶寬.它是開環(huán)增益下降到-3dB時(shí)所對應(yīng)的第一轉(zhuǎn)折頻 率.這一特性參數(shù)的測量與測試Ao的方法相同.只要測出集成運(yùn)放在

14、幾個不同頻率信號時(shí)的開環(huán)增益就行了 .（5）開環(huán)輸入電阻r,的測量.測量基理.圖（e）說明開環(huán)輸入電阻測試原理圖。 圖中R是已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它與信號源、 被測的集成運(yùn)放輸入電阻 R相串，信號源供出的電壓 Vs,在R和待測電阻r,上分壓。如果電 壓Vi剛好為Vs的一半即：RVi*被測集成運(yùn)放r,圖（e）開環(huán)輸入電阻測試原理簡圖Vi=0.5Vs則說明R=ri?這種測輸入電阻的方法稱串聯(lián)電阻法。對于輸出電阻的測量，其原理是完全 類似的。測量電路。測開環(huán)輸入、輸出的電阻如圖（f）所示。電路中的 Rf和Cf使電路處于直流閉環(huán)、交流開環(huán)狀態(tài)。為了使測量結(jié)果真確，既避免非線形失真，又不包括電抗部分，測量 所

15、用的信號應(yīng)為低頻小信號。CMDGND圖（f）測開環(huán)輸入、輸出電阻電路計(jì)算公式。測量是，SA2打開，使RL開路，然后根據(jù)以下公式計(jì)算:riViViV RIiVs WVs -VVo2R = RAoV - AoViV01 V°2式中Vj 加到運(yùn)放輸入端的信號電壓。I i加到運(yùn)放輸入端的信號電流。Vo1 開關(guān)閉和時(shí)測得的輸出電壓。Vo2 SA2開關(guān)斷開時(shí)測得的輸出電壓。測試步驟?？砂匆韵路椒ㄟM(jìn)行測量。將SA1閉合，則R被C短路，調(diào)整Vs大小以保證輸出電壓無波形失真，測得此時(shí)的輸出電壓：Vo1= Ao Vs保持Vs不變，打開SA1,使Vs在R和I；上分壓，則這時(shí)的輸出電壓測得為：Voi = A

16、。Vj為了使輸入端直流平衡，使R值盡可能接近 Rf,而且要測量準(zhǔn)確，R亦應(yīng)接近R。但當(dāng)R太大時(shí)容易引起干擾或自激震蕩，故也可用基極偏置電流來估算：、(uA)較大時(shí)，1=52/、( KQ)IB(uA)較小時(shí)，Pi =80/ I B ( KQ)(6) 開環(huán)輸出電阻°的測量。開環(huán)輸出電阻°的大小，反映了集成運(yùn)放的帶負(fù)載能力。因此，可以通過測量集成運(yùn)放接入RL前后的電壓變化，來求輸出電阻。測量時(shí)仍用圖(e)電路，將SA1閉合，保持適當(dāng)大小 Vs不變。在這樣的條件下：SA2開關(guān)打開時(shí),測的開路輸出電壓Voi = Eo。SA2開關(guān)閉合時(shí),又測得一個開路輸出電壓Vo2。將上式變形即可計(jì)算

17、Vo2 "M'RlIo - RlLRlo Rlro的計(jì)算公式為:oVoi ®2 DrlVo2式中RL負(fù)載是已知的，為了測量準(zhǔn)確，盡量取Rl Q Vo ,只要測得Vo1、Vo2即可計(jì)算到ro ,其大小一般為數(shù)十至數(shù)千歐。（7）輸出電壓的最大擺幅 Vom。對集成運(yùn)放輸出電壓動態(tài)范圍的測量，也就是對輸出可能達(dá)到的不失真最大幅度的測量，測試電路用圖（e）電路，但SA1、SA2均閉合。為了方便，采用正弦交流輸入信號，來測量集成運(yùn)放輸出電壓的最大擺幅。測試時(shí)，先接入給定的負(fù)載電阻rl ,然后逐步加大輸入信號 Vs的幅度，直至輸出波形的頂部或底部出現(xiàn)削波失真為至， 此時(shí)輸出幅度，

18、就是集成運(yùn)放輸出電壓的最大擺幅。 擺幅 與負(fù)載電阻的RL值有關(guān)，且RL越大擺幅也越大。此外，最大擺幅還與電源電壓Ec、Ee和輸入信號頻率f有關(guān)，當(dāng)f升高和Ec、Ee降低時(shí)，輸出電壓的最大擺幅都會減小。失調(diào)參數(shù)的測試方法輸入失調(diào)參數(shù)也稱為輸入失調(diào)特性或誤差特性，用以表征當(dāng)集成運(yùn)放輸入為零時(shí)，輸出端對零的偏差折合到輸入端數(shù)值。屬于這類的參數(shù)有：輸入失調(diào)電壓Vos，輸入失調(diào)電流Ios、輸入失調(diào)電流溫漂 dIos、輸入偏置電流IB、基極偏置電流等。產(chǎn)生這些誤差量的原因，是集成電路運(yùn)放輸入差動電路的不對稱性，而這些誤差量的存在，限制了集成運(yùn)放所能放大的最小信號的能力；也就是限制了運(yùn)放的靈敏度。（1）輸入

19、失調(diào)電壓的測量。圖（f）為輸入失調(diào)電壓的測試電路，運(yùn)放電路應(yīng)工作在極低的 輸入電阻上，所以 SA1應(yīng)閉合。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，除采用閉環(huán)測試外（閉環(huán)增益R2/R1一般為幾百倍），還要保證兩個輸入電路的電阻相等（即 R1=R3 R2=R4。R1R4要采用精 密電阻，電阻的精度由要求的測試精度確定。圖（f）輸入失調(diào)電壓的測試電路Vos故在計(jì)算中由于R1與R3很小，輸入端基極偏置電流在它們兩端所產(chǎn)生的電壓降遠(yuǎn)小于 可忽略。對于理想的運(yùn)放，此時(shí)測得的輸出電壓 Vo1與輸入端作用電壓 Vos之間有如下的關(guān)系:R1 R2Vo1 = .Vos由上式可得：V =冬一 V ".旦V 1os- o1-

20、o1Ri R2R2如果R1=50Q、R2=50kQ代入上式，即可得輸入失調(diào)電壓為：Vos ：-10-Voi上式表示在規(guī)定條件(溫度、電源電壓)下，測量到的輸出偏差電壓Vo1等效到輸入端的失調(diào)電壓。(2) 輸入失調(diào)電流|os。|os測量仍采用圖(f)的電路，也在閉環(huán)情況下進(jìn)行，閉環(huán)增益也固定在幾百倍。測試分為兩步進(jìn)行：在低輸入電阻(即 SA1開關(guān)閉合)下進(jìn)行，測出輸出電壓Vo1 ,這是由輸入失調(diào)電壓引起的輸出部分。在高輸入電阻(即 SA1開關(guān)斷開，接入電阻R5、R6)進(jìn)行，測得輸出電壓 V°2。假如兩個輸入端靜態(tài)基極電流(|B1、IB2 )不相等，則在電阻R5、R6上將產(chǎn)生電壓值(Ib

21、1 Ib2)R5，因此輸出電壓Vo2將和Vo1不等，其中增加的部分為：V°2V°1,就是由失調(diào)電流引起的。此差值乘以分壓比 R1 /(R1 -R2)后，就是R5 ±的電壓值。再除以R5即為Ios 所以其近似表達(dá)式為：R,1Ios =(Vo2 -Vo1).一R" R2 R5(3) 輸入失調(diào)的溫度漂移的測量。輸入失調(diào)漂移，指的是輸入失調(diào)電壓 Vos和輸入失調(diào)電流Ios隨環(huán)境溫度、電源電壓及時(shí)間所產(chǎn)生的變化量。其中以溫度所引起的變化最為嚴(yán)重。失調(diào)參數(shù)的溫度系數(shù)為：AVos/AT TVolT)VosGT ) /T 2T ()Ios/ At = U ) - Ios

22、GT) /T- 2T 02)只要測得兩個溫度T1與T2時(shí)的Av os (T1 )與AVos (T2)或I os (T1 )與Ios (T2 ),就可利用上面公式計(jì)算得到輸入失調(diào)電壓溫漂AVg/AT和輸入失調(diào)電流溫漂 & os / At。測試電路仍用圖(f)電路，測試方法類似于測試測 箱的溫度，便可測出。般是將被測電路置于恒溫箱內(nèi)，改變恒溫Vos 和 I os。(4)基極偏置電流| B的測量。在圖(f)中，將SA1-1斷開，將SA1-2閉合，設(shè)放大器輸出電壓為:Vo3R1R2(Vos Ib .R5)R1_所以:同理，在圖(f)壓為V°4 :Vo1R1R2 VR1osR1R21IB _=(V°3 -V01)-R1 R5電路中，斷開 SA1-2開關(guān)，閉合SA1-1 ,設(shè)對