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集成運放指標測試實驗原理

發布時間:2008/9/19 0:00:00 訪問次數:782

  集成運算放大器的結構特點,決定了集成運算放大器的技術指標很多。各種主要參數均比較適中的是通用型運算放大器,對某些技術指標有特殊要求的是各種特種運算放大器。為了正確選用集成運放,有必要了解它的主要參數指標。集成運放組件的各項指標通常是用專用儀器進行測試的,以下詳細介紹各主要參數實驗室常用的簡易測試方法及調零消振的方法。

  本實驗采用的集成運放型號為μa741,引腳排列如圖1所示。

圖1 μa74引腳排列

  1.輸入失調電壓uio

  輸入失調電壓uio是表征運放內部電路對稱性的指標。其定義為,欲使運放的輸出電壓為零,在運放的輸入級差分放大器所加的輸入電壓的數值。理想運放輸入信號為零時,其輸出直流電壓也應為零。但實際上,如果無外界調零的措施,由于運放內部差動輸入級參數的不完全對稱,輸出電壓則往往不為零。所以,這種零輸入時輸出不為零的現象稱為集成運放的失調。

  測試失調電壓電路如圖2所示。閉合開關s1及s2使電阻rb短接,測量出此時輸出失調電壓uo1,則輸入失調電壓為

  測試中應注意:

  ①將運放調零端開路:

  ②要求電阻r1和r2,r3和rf的參數嚴格對稱:

  ③實際測出的uo1可能為正,也可能為負,高質量的運放uio一般在imv以下。


圖2 失調電壓測試電路

  2.輸人失調電流iio

  輸入失調電流iio定義為:當輸入信號為零時,運放的兩個輸入端的基極偏置電流之差,即


  輸入失調電流的大小反映了運放內部差動輸入級兩個晶體管β的不對稱程度,測試電路如圖2所示。首先,閉合開關s1及s2,在低輸入電阻下,測出輸出電壓uo1,然后斷開s1及s2,兩個輸入電阻rb接入。由于rb阻值較大,流經它們的輸入電流的差異,將變成輸入電壓的差異,因此,也會影響輸出電壓的大小,可見測出兩個電阻rb接入時的輸出電壓uo,若從中扣除輸入失調電壓uio的影響,則得到輸入失調電流為

  測試中應注意:

  ①將運放調零端開路;

  ②兩輸入端電阻rb必須精確配對;

  ③ib1和ib2本身的數值很小(微安級)。

  3.開環差模放大倍數auo

  開環差模放大倍數auo定義為集成運放在沒有外部反饋時的直流差模電壓放大倍數,即開環輸出電壓uo與兩個差分輸入端之間所加信號電壓uid之比


  auo的測試方法很多。auo本來是直流電壓放大倍數。但為了測試方便,通常采用低頻(幾十赫茲以下)正弦交流信號進行測量,由于集成運放的開環電壓放大倍數很高,難以直接進行測量,故一般采用閉環測量方法。現如圖3所示采用交、直流電壓輸入,并且同時閉環的測試方法。被測運放一方面通過rf,r1,r2完成直流閉環。以抑制輸出電壓漂移,另一方面通過rf和rs,實現交流閉環,外加信號vs經r1,r2分壓使uid足夠小,以保證運放工作在線性區。為了減小輸入偏置電流的影響,同相輸入端電阻r3應與反相輸入端電阻相匹配。

圖3-16 開環差模增益avo的測試電路

被測運放的開環電壓放大倍數為

  ①測試前電路應首先消振及調零;

  ②為了使被測運放工作在線性區,輸出信號幅度應較小,無明顯失真;

  ③輸入信號頻率應較低,一般用50~100 hz。

  4.共模抑制比kcmrr

  共模抑制比定義為集成運放的差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比的絕對值

  共模抑制比是衡量運放優劣很重要的參數,理想運放對輸入的共模信號其輸出為零。但在實際的集成運 放中,其輸出不可能沒有共模信號的成分,輸出端共模信號愈小,kcmrr愈大,說明

  集成運算放大器的結構特點,決定了集成運算放大器的技術指標很多。各種主要參數均比較適中的是通用型運算放大器,對某些技術指標有特殊要求的是各種特種運算放大器。為了正確選用集成運放,有必要了解它的主要參數指標。集成運放組件的各項指標通常是用專用儀器進行測試的,以下詳細介紹各主要參數實驗室常用的簡易測試方法及調零消振的方法。

  本實驗采用的集成運放型號為μa741,引腳排列如圖1所示。

圖1 μa74引腳排列

  1.輸入失調電壓uio

  輸入失調電壓uio是表征運放內部電路對稱性的指標。其定義為,欲使運放的輸出電壓為零,在運放的輸入級差分放大器所加的輸入電壓的數值。理想運放輸入信號為零時,其輸出直流電壓也應為零。但實際上,如果無外界調零的措施,由于運放內部差動輸入級參數的不完全對稱,輸出電壓則往往不為零。所以,這種零輸入時輸出不為零的現象稱為集成運放的失調。

  測試失調電壓電路如圖2所示。閉合開關s1及s2使電阻rb短接,測量出此時輸出失調電壓uo1,則輸入失調電壓為

  測試中應注意:

  ①將運放調零端開路:

  ②要求電阻r1和r2,r3和rf的參數嚴格對稱:

  ③實際測出的uo1可能為正,也可能為負,高質量的運放uio一般在imv以下。


圖2 失調電壓測試電路

  2.輸人失調電流iio

  輸入失調電流iio定義為:當輸入信號為零時,運放的兩個輸入端的基極偏置電流之差,即


  輸入失調電流的大小反映了運放內部差動輸入級兩個晶體管β的不對稱程度,測試電路如圖2所示。首先,閉合開關s1及s2,在低輸入電阻下,測出輸出電壓uo1,然后斷開s1及s2,兩個輸入電阻rb接入。由于rb阻值較大,流經它們的輸入電流的差異,將變成輸入電壓的差異,因此,也會影響輸出電壓的大小,可見測出兩個電阻rb接入時的輸出電壓uo,若從中扣除輸入失調電壓uio的影響,則得到輸入失調電流為

  測試中應注意:

  ①將運放調零端開路;

  ②兩輸入端電阻rb必須精確配對;

  ③ib1和ib2本身的數值很小(微安級)。

  3.開環差模放大倍數auo

  開環差模放大倍數auo定義為集成運放在沒有外部反饋時的直流差模電壓放大倍數,即開環輸出電壓uo與兩個差分輸入端之間所加信號電壓uid之比


  auo的測試方法很多。auo本來是直流電壓放大倍數。但為了測試方便,通常采用低頻(幾十赫茲以下)正弦交流信號進行測量,由于集成運放的開環電壓放大倍數很高,難以直接進行測量,故一般采用閉環測量方法。現如圖3所示采用交、直流電壓輸入,并且同時閉環的測試方法。被測運放一方面通過rf,r1,r2完成直流閉環。以抑制輸出電壓漂移,另一方面通過rf和rs,實現交流閉環,外加信號vs經r1,r2分壓使uid足夠小,以保證運放工作在線性區。為了減小輸入偏置電流的影響,同相輸入端電阻r3應與反相輸入端電阻相匹配。

圖3-16 開環差模增益avo的測試電路

被測運放的開環電壓放大倍數為

  ①測試前電路應首先消振及調零;

  ②為了使被測運放工作在線性區,輸出信號幅度應較小,無明顯失真;

  ③輸入信號頻率應較低,一般用50~100 hz。

  4.共模抑制比kcmrr

  共模抑制比定義為集成運放的差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比的絕對值

  共模抑制比是衡量運放優劣很重要的參數,理想運放對輸入的共模信號其輸出為零。但在實際的集成運 放中,其輸出不可能沒有共模信號的成分,輸出端共模信號愈小,kcmrr愈大,說明

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