雙極性運算放大器參數的測試

1、實 驗 35雙極性運算放大器參數的測試運算放大器（簡稱運放）是一種直接耦合的高效增益放大器，在外接不同反饋網絡后，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、積分等數學運算外，還在自動控制，測量技術、儀器儀表等各個領域得到廣泛的應用。為了更好的使用運算放大器，必須對它的各種參數有一個較為全面地了解。運算放大器結構十分復雜，參數很多，測試方法各異。本實驗的目的是熟悉運算放大器主要參數的測試原理，掌握這些參數的測試方法。一、 實 驗 原 理運算放大器的符號如圖，它有兩個輸入端，一個是反相輸入端用“”表示，另一個位同相輸入端，用“+”表示。可以單端輸入，也可以雙端輸入。

2、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甘口 V+時，其差動輸入信號為 Vd=V_- V 開環(huán)輸出電壓 Vo=AvoVD, 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。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Avo =Vo/V輸入一輸出由于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

3、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。測試原理如圖所示。輸出+圖運算放大器符號直流通過R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 >>1/ QCF,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狀 和和和,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，當輸出電壓的幅值 降

4、低到低頻率值的倍，此時頻率為開環(huán)帶寬。2 .輸入偏置電流I IB當運算放大器的輸出電壓為零（或規(guī)定值）是流入兩個輸入端偏置電流 的平均值，為輸入偏置電流1舊。設兩偏置電流為IIB1和1舊2,則I IB= ( I IB1 + I 舊2)/2用圖測試，若Vs=0, ks斷開，當k1閉合，k2斷開，測得輸出電壓voi。當 當k2閉合，k1斷開，又可測得輸出電壓 V02。/Vo= V01V02=2R 舊(1+ Rf /Ri)I IB =/ 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的輸入電流變化之比。其測試原理如圖所示。在該圖中，要取C

5、F足夠大，使交流短路，構成交流開環(huán)，而直流是閉環(huán)，圖 開環(huán)差模輸入電阻和輸出電阻測測試Rd分兩步進行，將低頻正弦信號 VS輸入電路，先將k1、k2閉合, 測得輸出正弦信號 V01=AvV 1,再將k1、k2斷開，測得輸出正弦信號 V02, 其值為V02 = AvdV 1Rid/( R id+2R)= Vd1Rid/( R id+2R)由此求得id=VM( V01 V)2)X2R輸入正弦信號 出的頻率一般不超過1KH4以清除電容的影響。R不宜太 大，以減小噪聲的影響。2074 . 開環(huán)輸出電阻ROS開環(huán)輸出電阻ROs是指輸出電壓變化與其對應的輸出電流變化之比。仍用的電路進行測試。測試分兩步進行，

6、先將k1、k2閉合，k3斷開，送入低頻正弦信號 達，測得輸出Voi=AvV 1,這里V i為輸入端信號。閉合k2,接入負載阻抗RL,再次測得輸出電壓V02為AvV iRL/( Ros+RL)= Voi Rl/( Ros+RL)求得ROS=( Vo1 - Vo2) RL/ Vo2(5 . 輸入失調電壓VIo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Vo表示。故Vo的定義為使輸出電壓為零在兩個輸入端之間需加有的直流補償電壓。輸入失調電壓的測

7、量原理如圖所示。圖中直流電路通過R和B接成閉合環(huán)路。通常R的取值不超過100Q, R>>R,這是若測得輸出電壓為 Voi,就可推算出輸入端的失調電壓為Vo=R VOi/( R + Rf )圖 輸入失調電壓和失調電流測試6 .輸入失調電流I |OIio的定義為補償失調電壓后，使輸出電壓為零，而流入運算放大器兩輸入端的電流之差。即I IO=( | b1- | b2)(測試原理仍用圖，分兩步進行。第一步將 k1和k2閉合，測得輸出電壓 為Voi,因這時的電路和測試輸入失調電壓完全一樣，故可得 Voi= Vo( R+Rf) / r第二步將k1和k2都斷開，此時運放的兩個輸入端，除了失調電壓

8、 VO之 外，還有輸入電流Ib1和Ib2在電阻上所產生的電壓,即I biR- I b2R=( Ib1- Ib2)R= Iio Ro若這時測得輸出電壓為 VO2,根據前面的計算公式可知VO2= ( VO1+ I IO R) ?( ri +Rf) / Ri ,由此可得208I IO= Ri/( Ri+FF) ? (Vo2 - VD1) / R 7 .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kcMRg示。它定義為差模電壓增益 Avd和共模電壓增益Avc之比，即 kcM= | Avd/Avc I o測試原理如圖所示。由于RF>>R,該閉環(huán)電路對

9、差模信號的增益 Aw=R/R, 共模信號的增益Avc= (VO/V)。因此，只要從電路上測出VO和向 即可求出 共模抑制比(R/R)圖共模抑制比測試原kcM= | Avd/Avc I =kCMR勺大小往往與頻率有關，也與輸入信號大小和波形有關。測頻率不宜太高，信號不宜太大。8 .共模抑制比VCM最大共模輸入電壓是指最大不失真共模輸出正弦波電壓時的共模輸入電壓。其測試原理仍用如圖的電路。測試方法是將依由小到大逐漸增加，觀察到輸出波形剛出現(xiàn)失真時，記下這時輸入信 號值，就是最大共模輸入電壓。由于輸入電壓加大后，kCMR將下降，故也有將VCM定義為使kCMRB$6分貝的輸入電壓。測試時可將兩種定義的

10、測試結 果進行比較。9 .電壓轉換速率4的測試電壓轉換速率6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8的測試原理如圖（a）所示。測試時取R =RF,在輸入端送入脈沖電壓， 從輸出端見到輸出波形，如圖（b）所示。這是可以規(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)間內，取輸出電壓幅度/ Vo和對應的 時間Vt,然后由計算公式求出圖電壓轉換速率測試原理209SR=/ Vo/Vt（V /內）通常上升過程和下降過程不同，故應分別測出十和S-o10 .脈沖響應時間的測試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

11、試原理仍如圖（a）所示，取RF >Ri, R遠大于信號源內阻、規(guī)定的誤差帶為 2 e。讀取響應時間方法如圖所示。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。二、實驗內容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 .輸入失調電壓測量。6 .輸入失調電流測量。7 .共模抑制比測量。8 .電壓轉換速率測量。9 .脈沖響應時間測量。三、實驗步驟以圖所示的電路進行參數測試，步驟如下:210K :10k1Vt(接（a圖運算放大器參數測試電1 .測試運放得開環(huán)特性參數用圖（a）電路。測試時將k2

12、接輸入信號,k1接電容。K3、k4根據需要可接入RL和。參照實驗原理進行各個參數的測試2 .測試大信號脈沖參數也采用圖（a）的電路。測試時將k2接電阻，k1接 脈沖信號源，R根據需要選取，從輸入和輸出脈沖波形中讀取各個有關脈沖 的參數。測試時可利用K3和k4接入負載R和。以觀察R和cl對脈沖參數的 影響3 .測試失調特性參數和共模特性參數都采用圖 （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。變幻開關位置，即可測試各個參數。4 . 在圖 （b） 中將k4、K3接地，分別在k1斷開，k2 閉合和k1閉合、k2 斷開兩種情況下，測出輔助

13、放大器的輸出電壓Vo1 和 Vo2， 帶入式中，即可計算出1舊。測VD和IID時，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 Mr和Vo2,計算Vo和I%測試共模特性參數時，將 k1, k2閉合，k4接地，從K3送入正弦信號達，測出輔助放大器的輸出電壓 Vl,計算出kCMR四、實 驗 數 據 處 理根據實驗內容和要求，將有關輸入輸出波形描繪下來，詳細記錄各個測 試數據，并作相應的計算。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？試分析測試線路原理。六、參 考 資 料1 李清泉、黃昌寧，集成運算放大器原理及應用，124 頁，科學出版社，1982 年。2 沈尚賢，模擬電子學，p231 334. 人民郵電出版社