双极性运算放大器参数的测试

1、双极性运算放大器参数的测试运算放大器（简称运放）是一种直接耦合的高效增益放大器，在外接不 同反馈网络后，可具有不同的运算功能。运算放大器除了可对输入信号进行 加、减、乘、除、微分、积分等数学运算外，还在自动控制，测量技术、仪 器仪表等各个领域得到广泛的应用。为了更好的使用运算放大器，必须对它的各种参数有一个较为全面地了 解。运算放大器结构十分复杂，参数很多，测试方法各异。本实验的目的是熟悉运算放大器主要参数的测试原理，掌握这些参数的 测试方法。实验原理运算放大器的符号如图，它有两个输入端，一个是反相输入端用“” 表示，另一个位同相输入端，用“ +”表示。可以单端输入，也可以双端输入。若把输入信

2、号接在“”输入端，而“ +”端接地，或通过电阻接地，则输出信号与输入信号反相，反之则同相。若两个输入端同时输入信号电压 为V_a V+时，其差动输入信号为 Vd=V_ V+。开环输出电压 Vo二AvoVd, Avo为开环电压放大倍数。运算放大器在实际使用中，为了改善电路的性能，在输入端和输出端之 间总是接有不同的反馈网络。通常是接在输出端和反相输入端之间。1. 开环电压增益开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其值为输出电压 变化量/ Vo和输入电压变化量/ V之比()由于Avo很大，输入信号V很小，加之输入电压与输出电压之间有相位差，从而引入了较大的测试误差，实际测试中难以实现。测

3、试开环电压增益时，都采用交流开环，直流闭环的方法。测试原理如图所示。输入一R2输出乜ViROV输出+图运算放大器符号直流通过FF实现全反馈，放大器的直流增益很小，故输入直流电平十分图开环支流电压增益测试原理图稳定，不需进行零点调节。取 CF足够大，以满足 R >>1/ Q CF,使放大器的反相端交流接地，以保证交流开环的目的。这样只要测得交流信号和电压和VO和，就能得到206Avo = Vo/V i= Vo/R1/(R+R2) Vs=(R1+R2)/R1?(Vo/V s)在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大无失真的波形。保持输入电压不变，增加输入电压频率，

4、当输出电压的幅值降低到低频率值的倍，此时频率为开环带宽。2.输入偏置电流IIB当运算放大器的输出电压为零（或规定值）是流入两个输入端偏置电流的平均值，为输入偏置电流IIB。设两偏置电流为IIB1和IIB2，则I IB=( I IB1 + | IB2)/2用图测试，若Vs=0，ks断开，当k1闭合，k2断开，测得输出电压voi。当 当k2闭合，k1断开，又可测得输出电压 V02。/Vo= VoiVc2=2Rib (1+ Rf /R I)liB 二/ Vo/2R (1+ Rf /Ri )3 .开环差模输入电阻Rd开环差模输入电阻 Rd是只差模输入电压变化与对应的输入电流变化之比。其测试原理如图所示

5、。在该图中，要取CF足够大，使交流短路，构成交流开环，而直流是闭环,稳定直流输出电压。ClTtiRi-iRw1GVR D>VPKiR开环差模输入电阻和输出电阻测测试Rd分两步进行，将低频正弦信号 V输入电路，先将k1、k2闭合,测得输出正弦信号 Vo1=AvdV 1，再将k1、k2断开，测得输出正弦信号 Vb2,其值为V02 = AvdV iRid/( R id+2R)= VdiRid/( R id+2R)由此求得Rid=Vd2/( V01 Vd2)X 2R2输入正弦信号Vs的频率一般不超过1KHz以清除电容的影响。R不宜太 大，以减小噪声的影响。07 4. 开环输出电阻 ROS开环输出

6、电阻FOS是指输出电压变化与其对应的输出电流变化之比。仍用的电路进行测试。测试分两步进行，先将k1、k2闭合，k3断开，送入低频正弦信号 V测 得输出Voi二AvV 1,这里V 1为输入端信号。闭合k2,接入负载阻抗FL,再次测得输出电压V02为AvDV 1RL/( ROS+RL)= Vo1 RL/( ROS+RL) 求得ROS=(Vo1 -Vo2) RL/ Vo25. 输入失调电压 VIO由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，输出电压不为 零，称为放大器的失调。为了使输出电压回到零，就必须在输入端加上一个 纠偏电压来补偿这种失调， 这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调 电压

7、，用V。表示。故VO的定义为使输出电压为零在两个输入端之间需加有 的直流补偿电压。输入失调电压的测量原理如图所示。图中直流电路通过R和金接成闭合 环路。通常R的取值不超过100Q, RF>>R，这是若测得输出电压为 VO1,就 可推算出输入端的失调电压为Vo=R VOi/( R + RF )(rRUASoV±R图输入失调电压和失调电流测试6.输入失调电流II0I IO的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零，而流入运算放大器两输入端的电流之差。即I 10=( I b1- I b2)测试原理仍用图，分两步进行。第一步将 k1和k2闭合，测得输出电压 为V。1,因这时的电路和测

8、试输入失调电压完全一样，故可得 V。1二V0( R+R") /R第二步将k1和k2都断开，此时运放的两个输入端，除了失调电压 V。之 外，还有输入电流Ib1和Ib2在电阻上所产生的电压，即I biR- I b2R=( Ib1- Ib2)R=IIOR。若这时测得输出电压为V02,根据前面的计算公式可知VO2= ( VO1+ I IO R) ?( RI +RF)/ RI ,由此可得Ii0= Ri/( Ri+FF) ? (V - Vdi) / R 7.共模抑制比kCMR208运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制比用kcMR表示。它定义为差模电压增益 AvD和共模电

9、压增益Ave之比，即kcM= I AvD/Ave I。测试原理如图所示。由于RF>>R，该闭环电路对差模信号的增益 Avd= R/ R。共模信号的增益Avc=(VO V)。因此，只要从电路上测出VO和即可求出共模抑制比kCM=I AvD/AvekCMR的大小往往与频率有关，与输入信号大小和波形有关。测频率不宜太咼，信号不宜太大。8.共模抑制比VICM同时量的最大共模输入电压是指最大不失真共 模输出正弦波电压时的共模输入电压。其 测试原理仍用如图的电路。测试方法 是将V5由小到大逐渐增加，观察到输出波形刚出现失真时，记下这时输入信号值，就是最大共模输入电压。由于输入电压加大后，kCM

10、R将下降，故也有 将VCM定义为使kCMR下降6分贝的输入电压。测试时可将两种定义的测试结 果进行比较。9.电压转换速率&的测试电压转换速率Q定义为运放在单位增益状态下，在运放输入端送入规定 的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。$的测试原理如图（a）所示。测试时取R二FF,在输入端送入脉冲电压,从输出端见到输出波形，如图（b）所示。这是可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（下降沿）的恒定变化率区间内,取输出电压幅度/ Vo和对应的时间/ Vt，然后由计算公式求出RG(aY双线工CLVV(b图电压转换速率测试原理209Sr二/ Vo/ / Vt (V / a s)通常上升过

11、程和下降过程不同，故应分别测出$+和10.脉冲响应时间的测试脉冲响应时间包括上升时间，下降时间、延迟时间、和脉动时间等，测 试原理仍如图（a）所示，取FF >Ri, R远大于信号源内阻、规定的误差带为 2 £。读取响应时间方法如图所示。其中tr为上升时间，tf为下降时间，td（r） 为上升延迟时间，td（f）为下降延迟时间。二、实验内容1.开环电压增益测量。2.输入偏置电流测量。3.开环差模输入电阻测量。4.开环输出电阻测量。5.输入失调电压测量。6.输入失调电流测量。7.共模抑制比测量。8.电压转换速率测量。9.脉冲响应时间测量。三、实验步骤以图所示的电路进行参数测试，步骤如

12、下:210HOOkEOkTlOOk+ 15V/k+3V(br 3k Q15V 丄G>vt(接12OOa2V DI51k200 a310k1 Rif3k芈十lOOOpk1接电容。K3、k4根据需要可接入RL和CL。参照实验原理进行各个参数的(a图运算放大器参数测试电电路。测试时将k2接输入信号,1. 测试运放得开环特性参数用图测试。2.测试大信号脉冲参数也采用图(a)的电路。测试时将k2接电阻，k1接脉冲信号源，R根据需要选取，从输入和输出脉冲波形中读取各个有关脉冲 的参数。测试时可利用k3和k4接入负载RL和以观察R-和CL对脉冲参数的 影响。3.测试失调特性参数和共模特性参数都采用图（

13、b）的电路。图中的AT为被测电路，A为辅助电路。若采用单电路测试方法，可将 K6和K7断开，K5 闭合。变幻开关位置，即可测试各个参数。4.在图（b）中将k4、k3接地，分别在k1断开，k2闭合和k1闭合、k2断开两种情况下，测出辅助放大器的输出电压VO1和V02,带入式中，即可计算 出IIB。测Vd和IID时，都是将k4、K8接地，通过k1和k2的闭合断开，测出 辅助放大器的输出电压VOi和Vo2,计算VO和II。；测试共模特性参数时，将 k1, k2闭合，k4接地，从K3送入正弦信号VS测出辅助放大器的输出电压VL，计算出kCMR四、实 验 数 据 处 理根据实验内容和要求，将有关输入输出波形描绘下来，详细记录各个测 试数据，并作相应的计算。五、思 考 题1. Vcc和vee的大小对最大输出峰峰电压有何影响?2. 运放在小信号下工作和大信号下工作，状态有何不同？3. 采用辅助放大器测试有什么优点?试分析测试线路原理。六、参 考 资 料1 李清泉、黄昌宁，集成运算放大器原理及应用， 124 页，科学出版社，1982 年。2沈尚贤，模拟电子学，p23133