实验4集成运算放大器的参数测试

1、现代电子线路(上)实验 实验实验4 集成运算放大器的参数测试集成运算放大器的参数测试 一、一、 预习要求预习要求 二、实验目的二、实验目的 三、实验原理三、实验原理 四、实验内容四、实验内容 五、报告要求五、报告要求 现代电子线路(上)实验 1. 理解理解集成运放主要参数指标集成运放主要参数指标的定义、用途和的定义、用途和 测试条件。测试条件。 2. 查阅查阅A741的典型参数数据及管脚作用。的典型参数数据及管脚作用。 3. 自拟实验方案自拟实验方案，设计测试运放主要参数的电，设计测试运放主要参数的电 路、方法和步骤。路、方法和步骤。 一、预习要求一、预习要求 现代电子线路(上)实验 二、实验

2、目的二、实验目的 1. 了解集成运算放大器的性质、特点及应用；了解集成运算放大器的性质、特点及应用； 2. 熟悉集成运算放大器的主要性能指标定义及熟悉集成运算放大器的主要性能指标定义及 表示；表示； 3. 掌握集成运算放大器的掌握集成运算放大器的输入失调电压、输入输入失调电压、输入 失调电流、带宽积失调电流、带宽积、转换速率、开环增益、转换速率、开环增益、 共模抑制比等共模抑制比等主要性能指标的测试方法，分主要性能指标的测试方法，分 析运算放大器性能。析运算放大器性能。 现代电子线路(上)实验 三、实验原理三、实验原理 集成运算放大器是一种线性集成电路，采用一些集成运算放大器是一种线性集成电路

3、，采用一些 性能指标来衡量其质量的优劣。集成运放电路的各项性能指标来衡量其质量的优劣。集成运放电路的各项 指标是指标是正确选择和使用集成运放的依据，正确选择和使用集成运放的依据，通常是由专通常是由专 用仪器进行测试的。实验用仪器进行测试的。实验以以741型通用运放为例，学型通用运放为例，学 习其主要指标的简易习其主要指标的简易测试测试方法。方法。 1. 输入失调电压输入失调电压VIO 由于运放电路元件参数很难做到完全对称，所以由于运放电路元件参数很难做到完全对称，所以 当当输入输入VI=0时，时，输出电压并不为零输出电压并不为零，这种现象叫，这种现象叫“失失 调调”。 通常通常输入失调电压输入

4、失调电压VIO的大小是指当输入的大小是指当输入VI=0时，时， 输出输出VO按增益折算到同相输入端的数值按增益折算到同相输入端的数值。 现代电子线路(上)实验 测试及估算测试及估算： R1阻值应选很小，阻值应选很小， 基极偏流在其上的基极偏流在其上的 压降远小于压降远小于VIO,故故 可以忽略。可以忽略。 因为因为 V+ = V- 而而 V- =VSC1*R1/(RF+R1) 故故 VIO=VSC1*R1/(RF+R1) .(1) 显然，显然，测出测出VSC1 ，即可求出，即可求出VIO。 现代电子线路(上)实验 2. 输入偏置电流输入偏置电流IB和输入失调电流和输入失调电流IIO 输入偏置电

5、流 输入偏置电流IB是指当输出电压是指当输出电压VO=0时，运放时，运放 两个差分输入端流入的偏置电流两个差分输入端流入的偏置电流IB+、IB-的平均值的平均值 IB=(IB+IB-)/2 输入失调电流输入失调电流IIO是指当输出是指当输出VO=0时，运放输时，运放输 入差分电路两个基极偏置电流之差入差分电路两个基极偏置电流之差 IIO=|IB1-IB2| 现代电子线路(上)实验 测试条件及估算测试条件及估算条件：条件： RB=RB+=RB-R1 故基极偏流在故基极偏流在R1上的压降可以忽略。上的压降可以忽略。 而而 V+=VIO IB+*RB V-=VSC2 *R1/(RF+R1) IB-*

6、RB IB-= VSC2 *Rf/(RF+Rf) V-/RB 由由(1)式式VIO=VSC1*R1/(RF+R1) 得：得： IIO=IB- IB+ = (VSC2 VSC1) R1/(RF+R1)RB 2 IO IB+=(VIOV+)/RB 现代电子线路(上)实验 3. 增益、带宽积增益、带宽积GBW 频率响应是集成运放的重要指标。如频率响应是集成运放的重要指标。如741型运型运放放 开环开环-3dB，带宽为，带宽为07HZ。开环增益一般可达开环增益一般可达 2105。 常增益越高，带宽常增益越高，带宽 越窄，而越窄，而增益带宽积增益带宽积GBW为为 一常数。当频率升高到开环增益为一常数。当

7、频率升高到开环增益为1（0dB）时，对）时，对 应的频率应的频率fT=7 2105=1.4MHZ，叫，叫单位增益带宽单位增益带宽。 现代电子线路(上)实验 4. 转换速率转换速率SR 转换速率是指运放工作在闭环输入大幅度阶跃信号转换速率是指运放工作在闭环输入大幅度阶跃信号 作用下，输出电压作用下，输出电压UO(t)对时间的最大变化率。对时间的最大变化率。 SR=duo(t)/dt 若运放输入正弦电压若运放输入正弦电压UI=Uimsint, UO=Uomsint。 其转换最大速率为其转换最大速率为SR=duo/dt|t=0=2f Uom. .。只要选择。只要选择 运放的运放的SR 2f Uom,

8、就能保证不因受就能保证不因受SR限制而产生输限制而产生输 出波形失真。出波形失真。 741型运放的型运放的SR =0.5V/ s。当当Uom=10V时，最大不时，最大不 失真频率为失真频率为8KHz。 转换速度与闭环增益有关，规定用集成运放在转换速度与闭环增益有关，规定用集成运放在单位单位 增益、单位时间内输出电压的变化值来标定转换速率增益、单位时间内输出电压的变化值来标定转换速率。 现代电子线路(上)实验 5. 共模抑制比共模抑制比CMRR 共模抑制比共模抑制比：集成运放的差模电压放大倍数：集成运放的差模电压放大倍数Ad与共模与共模 电压放大倍数电压放大倍数Ac之比之比 CMRR=| Ad

9、/ Ac | 或或CMRR=20lg | Ad / Ac |(dB) 741型运放的典型值为型运放的典型值为80 dB。 V+=Vsr*Rt2/(Rt1+Rt2) V- =Vsr*RF/(RF+R1)+ Vsc*RF/(RF+R1) 由定义：由定义： VSC=AV(V+ V-)+ 0.5AVCM(V+ +V-) （差模输入电压和共模输入电压之和）（差模输入电压和共模输入电压之和） 现代电子线路(上)实验 而Rt2=RF,Rt1=R1 故VSC= + 整理： 通常： 故： 所以CMRR=AV/AVCM=(RF/R1)/(Vsc/Vsr) . 1 1 . 1 . 21 2 . sc F sr F

10、F sr tt t V V RR R V RR R V RR R A 5 . 0 . 1 1 . 21 2 . sc F sr fF F sr tt t VCM V RR R V RR R V RR R A . . 1 . )5 . 01 ( scVCMVFVCMFST VAARRARV 1A,AA V . VCM . V . 1 . VCMFsrVsc ARVARV 现代电子线路(上)实验 四、实验内容四、实验内容 实验采用通用集成运放型号实验采用通用集成运放型号A741，引脚如图，引脚如图 引脚作用为：引脚作用为： 脚为调零端。脚为调零端。 脚为反相输入脚为反相输入IN 脚为同相输入脚为同

11、相输入IN 脚为负电源脚为负电源V- 脚为输出脚为输出OUT 脚为正电源脚为正电源V+ 脚空脚空(NC) A741 8 7 6 5 1 2 3 4 空空 V + OUT IN +IN V - 现代电子线路(上)实验 注：注：集成运放调零端开路。集成运放调零端开路。电阻电阻R1R2要求对称，且取值尽量小。要求对称，且取值尽量小。 R1 51 R2 51 R3 5.1K IB1 RB 2K RF 5.1K RB 2K K1 K2 +12V -12V 154 6 2 3 7 IB2 调零端 UO + + - 1. 测量输入失调电压测量输入失调电压VIO和失调电流和失调电流IIO： 测量参考电路如下图

12、：测量参考电路如下图： 现代电子线路(上)实验 测量输入失调电压测量输入失调电压VIO和失调电流和失调电流IIO 闭合闭合K1、K2短路短路RB，测输出电压，测输出电压UO1， 则输入失调电压：输入失调电压：VIO=UO1R1/(R1+RF ) 断开断开K1、K2 ，接入，接入RB，测输出电压，测输出电压UO2 则则失调电流：失调电流： IIO=|IB1-IB2|=|UO2-UO1| R1/(R1+RF )1/RB。 VIO(mV)IIO(nA)SR（ V/s ）CMRR(db) 实测值实测值 典型值典型值 实测值实测值 典型值典型值 实测值实测值 典型值典型值 实测值实测值 典型值典型值 1

13、6202000.57090 表表4.1 输入失调电压、失调电流、转换速率和共模抑制比数据输入失调电压、失调电流、转换速率和共模抑制比数据 现代电子线路(上)实验 2. 测试增益、带宽积测试增益、带宽积GBW 测试电路测试电路 UO + _ 输入正弦信号输入正弦信号f=1KHz， 用用示波器示波器观察观察UO不失真。不失真。 按表中给出的按表中给出的RF、R1值，值， 分别测量计算分别测量计算AVf和和-3db 带宽并填表。带宽并填表。 RF =5.1K R1=51 R4 R3 RF =100K R1=10K RF = R1 =0 典型值典型值 fH AVf fH AVf fH AV0 7 21

14、05 GBWGBWGBW 14105 UI + _+ _ +12V -12V R1 RF R3R4 RW 100k 现代电子线路(上)实验 测量步骤：测量步骤： 加入加入f=1kHz,Vi=10mV的正弦信号，测的正弦信号，测Avf; 求上限频率求上限频率fH; GBW= Avf *fH; 改变改变RF和和R1的值，重复的值，重复1、2、3步骤。步骤。 现代电子线路(上)实验 3. 测试转换速率测试转换速率SR测试测试SR参考电路参考电路 输入方波脉冲输入方波脉冲UIm= 5V ， f=5KHz 用用示波器示波器观察输出波形，并观察输出波形，并 测量其上升时间测量其上升时间tr，则，则SR =0.9Uom/tr。 Uom 0.9Uom Uo t tr 0 UO UI + _ _ + _ +12V R1 RF R3R4 RW100K + 5.1K 5.1K 5.1K 5.1K 12V 现代电子线路(上)实验 4. 测试共模抑制比测试共模抑制比CMRR： 输入共模正弦信号输入共模正弦信号f=1kHz，幅度，幅度12V(毫伏表毫伏表有效值有效值)。用。用示波示波 器器观察观察Uoc不失真，测量不失真，测量Uic和和UOC。则：。则： CMRR=Ad/Ac =RF/R1 UiC / UOC UiC + + _ +12V R1 1K RF 1