實(shí)驗(yàn)七集成運(yùn)算放大器指標(biāo)測試

1、實(shí)驗(yàn)七集成運(yùn)算放大器指標(biāo)測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握運(yùn)算放大器主要指標(biāo)的測試方法。2、通過對(duì)運(yùn)算放大器仙A741指標(biāo)的測試，了解集成運(yùn)算放大器組件的主 要參數(shù)的定義和表示方法。二、實(shí)驗(yàn)原理集成運(yùn)算放大器是一種線性集成電路，和其它半導(dǎo)體器件一樣，它是用一 些性能指標(biāo)來衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。為了正確使用集成運(yùn)放，就必須了解它的主 要參數(shù)指標(biāo)。集成運(yùn)放組件的各項(xiàng)指標(biāo)通常是由專用儀器進(jìn)行測試的，這里介 紹的是一種簡易測試方法。本實(shí)驗(yàn)采用的集成運(yùn)放型號(hào)為卜A741（或F007 ,引腳排列如圖7-1所示, 它是八腳雙列直插式組件，腳和腳為反相和同相輸入端，腳為輸出端， 腳和腳為正、負(fù)電源端，腳和腳為失調(diào)調(diào)零端，腳

2、之間可接入一 只幾十KQ的電位器并將滑動(dòng)觸頭接到負(fù)電源端。腳為空腳。1、pA741主要指標(biāo)測試5 M圖71A741管腳圖Rp 5. IK 2KRej 2KTTX X 洲零留+ 12V9Uot>QO圖72 U 0S、&測試電路1）輸入失調(diào)電壓U0S理想運(yùn)放組件，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，其輸出也為零。但是即使是最優(yōu)質(zhì)的 集成組件，由于運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)輸入級(jí)參數(shù)的不完全對(duì)稱， 輸出電壓往往不為零。這種零輸入時(shí)輸出不為零的現(xiàn)象稱為集成運(yùn)放的失調(diào)。輸入失調(diào)電壓U0s是指輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出端出現(xiàn)的電壓折算到同相輸 入端的數(shù)值。失調(diào)電壓測試電路如圖7 2所示。閉合開關(guān)K1及K，使電阻 向短接，測 量此

3、時(shí)的輸出電壓U0i即為輸出失調(diào)電壓，則輸入失調(diào)電壓實(shí)際測出的U01可能為正，也可能為負(fù)，一般在 15mV對(duì)于高質(zhì)量的運(yùn) 放U0s在1mV以下。測試中應(yīng)注意：a、將運(yùn)放調(diào)零端開路。b、要求電阻R和R2, R和RF的參數(shù)嚴(yán)格對(duì)稱。2）輸入失調(diào)電流I0S輸入失調(diào)電流I0S是指當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)放的兩個(gè)輸入端的基極偏置 電流之差，I OS I B1 I B2輸入失調(diào)電流的大小反映了運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)輸入級(jí)兩個(gè)晶體管B的失配度，由于I B1 , I B2本身的數(shù)值已很小（微安級(jí)），因此它們的差值通常不是直接測 量的，測試電路如圖7-2所示，測試分兩步進(jìn)行a、閉合開關(guān)K1及K2,在低輸入電阻下，測出輸出電壓

4、U01 ,如前所述, 這是由輸入失調(diào)電壓U0s所引起的輸出電壓。b、斷開K1及K2,兩個(gè)輸入電阻R接入，由于R阻值較大，流經(jīng)它們的輸 入電流的差異，將變成輸入電壓的差異，因此，也會(huì)影響輸出電壓的大小，可 見測出兩個(gè)電阻R接入時(shí)的輸出電壓U02,若從中扣除輸入失調(diào)電壓U0s的影響,則輸入失調(diào)電流I0S為 R11OS |1 B1 1 B|UO2U01 |R1RF RB一般,I os約為幾十幾百nA（10-9A）,高質(zhì)量運(yùn)放I os低于1nA。測試中應(yīng)注意：a、將運(yùn)放調(diào)零端開路。b、兩輸入端電阻RB必須精確配對(duì)。3）開環(huán)差模放大倍數(shù)Ad集成運(yùn)放在沒有外部反饋時(shí)的直流差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模電壓放大

5、倍數(shù)，用 國表示。它定義為開環(huán)輸出電壓 U0與兩個(gè)差分輸入端之間所加信號(hào) 電壓Uid之比按定義Ad應(yīng)是信號(hào)頻率為零時(shí)的直流放大倍數(shù)，但為了測試方便，通常采用低頻（幾十赫芝以下）正弦交流信號(hào)進(jìn)行測量。由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，難以直接進(jìn)行測量，故一般采用閉環(huán)測量方法。Aud的測試方法很多，現(xiàn)采用交、直流同時(shí)閉環(huán)的測試方法，如圖7-3所示。圖73 A ud測試電路被測運(yùn)放一方面通過RF、R、R完成直流閉環(huán)，以抑制輸出電壓漂移，另一方面通過RF和R實(shí)現(xiàn)交流閉環(huán)，外加信號(hào)us經(jīng)R、R分壓，使Uid足夠小,以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，同相輸入端電阻 R應(yīng)與反相輸入端電阻R相匹配, 以減小輸入偏置電

6、流的影響，電容C為隔直電容。被測運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍 數(shù)為AudU0-(1 曾通常低增益運(yùn)放 Ad約為6070db,中增益運(yùn)放約為80db,高增益在100db以上，可達(dá)120140db。測試中應(yīng)注意：a、測試前電路應(yīng)首先消振及調(diào)零。b、被測運(yùn)放要工作在線性區(qū)。c、輸入信號(hào)頻率應(yīng)較低，一般用 50100HZ,輸出信號(hào) 幅度應(yīng)較小，且無明顯失真。4)共模抑制比CMRR集成運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù) A與共模電壓放大倍數(shù)Ac之比稱為共模抑制 比CMRR Ad或 CMRR 201g Ad(db)AcAc共模抑制比在應(yīng)用中是一個(gè)很重要的參數(shù)，理想運(yùn)放對(duì)輸入的共模信號(hào)其 輸出為零，但在實(shí)際的集成運(yùn)放中，其輸出

7、不可能沒有共模信號(hào)的成分，輸出 端共模信號(hào)愈小，說明電路對(duì)稱性愈好，也就是說運(yùn)放對(duì)共模干擾信號(hào)的抑制 能力愈強(qiáng)，即CMR融大。CMRRJ測試電路如圖7 4所示。集成運(yùn)放工作在閉環(huán)狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)為AdRR1當(dāng)接入共模輸入信號(hào)Uc時(shí)，測得U0c,則共模電壓放大倍數(shù)為得共模抑制比CMRR A AcRf生年U0CRr WOK圖7 4 CMRR測試電路測試中應(yīng)注意：a、消振與調(diào)零b、R與R、R與R之間阻值嚴(yán)格對(duì)稱c、輸入信號(hào)Uc幅度必須小于集成運(yùn)放的最大共模輸入電 壓范圍Uicm5)共模輸入電壓范圍Uicm集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓稱為共模輸入電壓范圍，超出這個(gè)范 圍，運(yùn)放的CMR屋大大下

8、降，輸出波形產(chǎn)生失真，有些運(yùn)放還會(huì)出現(xiàn)“自鎖” 現(xiàn)象以及永久性的損壞。Ucm的測試電路如圖7-5所示。被測運(yùn)放接成電壓跟隨器形式，輸出端接示波器，觀察最大不失真輸出波 形，從而確定Ucm值。6) 輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍UOpp集成運(yùn)放的動(dòng)態(tài)范圍與電源電壓、外接負(fù)載及信號(hào)源頻率有關(guān)。測試電路 如圖76所示。改變Us幅度，觀察U0削頂失真開始時(shí)刻，從而確定U0的不失真范圍，這就是運(yùn)放在某一定電源電壓下可能輸出的電壓峰峰值UOpp，圖75 U icm測試電路圖7 6 U oppII試電路2、集成運(yùn)放在使用時(shí)應(yīng)考慮的一些問題1）輸入信號(hào)選用交、直流量均可，但在選取信號(hào)的頻率和幅度時(shí)，應(yīng)考慮運(yùn)放的頻響特性

9、和輸出幅度的限制。2）調(diào)零。為提高運(yùn)算精度，在運(yùn)算前，應(yīng)首先對(duì)直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零， 即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時(shí)，可按組件要求接 入調(diào)零電位器Rv,調(diào)零時(shí)，將輸入端接地，調(diào)零端接入電位器 RW,用直流電壓 表測量輸出電壓U0,細(xì)心調(diào)節(jié)Rv,使U0為零（即失調(diào)電壓為零）。如運(yùn)放沒有 調(diào)零端子，若要調(diào)零，可按圖7-7所示電路進(jìn)行調(diào)零。一個(gè)運(yùn)放如不能調(diào)零，大致有如下原因： 組件正常，接線有錯(cuò)誤。 組 件正常，但負(fù)反饋不夠強(qiáng)（R/R太大），為此可將R短路，觀察是否能調(diào)零。 組件正常，但由于它所允許的共模輸入電壓太低，可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，因 而不能調(diào)零。為此可將電源斷開后，再重新

10、接通，如能恢復(fù)正常，則屬于這種 情況。組件正常，但電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行消振。組件內(nèi)部損壞，應(yīng)更 換好的集成塊。圖7 7 調(diào)零電路3）消振。一個(gè)集成運(yùn)放自激時(shí)，表現(xiàn)為即使輸入信號(hào)為零， 亦會(huì)有輸出, 使各種運(yùn)算功能無法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞器件。在實(shí)驗(yàn)中，可用示波器監(jiān)視 輸出波形。為消除運(yùn)放的自激，常采用如下措施若運(yùn)放有相位補(bǔ)償端子，可利用外接 RC補(bǔ)償電路，產(chǎn)品手冊(cè)中有補(bǔ)償電 路及元件參數(shù)提供。電路布線、元、器件布局應(yīng)盡量減少分布電容。 在正、 負(fù)電源進(jìn)線與地之間接上幾十N F的電解電容和0.010.1 pF的陶瓷電容相 并聯(lián)以減小電源引線的影響。注：自激消除方法請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)附錄。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器

11、件1、± 12V直流電源2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3、雙蹤示波器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4、交流毫伏表5、直流電壓表6、集成運(yùn)算放大器以A741X1電阻器、電容器若干實(shí)驗(yàn)前看清運(yùn)放管腳排列及電源電壓極性及數(shù)值，切忌正、負(fù)電源接反。1、測量輸入失調(diào)電壓U0s按圖7 2連接實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)K、K，用直流電壓表測量輸出端電壓U01 ,并計(jì)算U0s 0記入表7- 12.測量輸入失調(diào)電流I0S實(shí)驗(yàn)電路如圖72,打開開關(guān)Ki、用直流電壓表測量U02,并計(jì)算los 記入表71。表71Ub(mV)I onA)Ad(db)CMRR(db)實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值21050 10010010680 863、測量開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud按圖7 3連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加頻率100Hz ,大小約3050mVE 弦信號(hào)，用示波器監(jiān)視輸出波形。用交流毫伏表測量 U0和U,并計(jì)算Audo記 入表71。4、測量共模抑制比CMRR按圖7 4連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加f = 100Hz , Uc=12V正弦信號(hào)， 監(jiān)視輸出波形。測量 Uc和Uc,計(jì)算Ac及CMRR記入表71。5 、測量共模輸入電壓范圍Ucm及輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍LOPft自擬實(shí)驗(yàn)步驟