雙極性運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試

1、實(shí) 驗(yàn) 35雙極性運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）是一種直接耦合的高效增益放大器，在外接不同反饋網(wǎng)絡(luò)后，可具有不同的運(yùn)算功能。運(yùn)算放大器除了可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算外，還在自動(dòng)控制，測(cè)量技術(shù)、儀器儀表等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了更好的使用運(yùn)算放大器，必須對(duì)它的各種參數(shù)有一個(gè)較為全面地了解。運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，參數(shù)很多，測(cè)試方法各異。本實(shí)驗(yàn)的目的是熟悉運(yùn)算放大器主要參數(shù)的測(cè)試原理，掌握這些參數(shù)的測(cè)試方法。一、 實(shí) 驗(yàn) 原 理運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖，它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)是反相輸入端用“”表示，另一個(gè)位同相輸入端，用“+”表示?？梢詥味溯斎?，也可以雙端輸入。

2、若把輸入信號(hào)接在“”輸入端，而“+”端接地，或通過(guò)電阻接地，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相，反之則同相。若兩個(gè)輸入端同時(shí)輸入信號(hào)電壓為V甘口 V+時(shí)，其差動(dòng)輸入信號(hào)為 Vd=V_- V 開(kāi)環(huán)輸出電壓 Vo=AvoVD, Avo為開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)。運(yùn)算放大器在實(shí)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(wǎng)絡(luò)。通常是接在輸出端和反相輸入端之間。1 . 開(kāi)環(huán)電壓增益開(kāi)環(huán)電壓增益是指放大器在無(wú)反饋時(shí)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(hào)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(cè)

3、試誤差，實(shí)際測(cè)試中難以實(shí)現(xiàn)。測(cè)試開(kāi)環(huán)電壓增益 時(shí)，都采用交流開(kāi)環(huán)，直流閉環(huán)的方法。測(cè)試原理如圖所示。輸出+圖運(yùn)算放大器符號(hào)直流通過(guò)R實(shí)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(jìn)行零點(diǎn)調(diào)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(kāi)環(huán)的目的。這樣只要測(cè)得交流信號(hào)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(hào)頻率固定的條件下，增加輸入信號(hào)電壓幅度，使輸出端獲得最大 無(wú)失真的波形。保持輸入電壓不變，增加輸入電壓頻率，當(dāng)輸出電壓的幅值 降

4、低到低頻率值的倍，此時(shí)頻率為開(kāi)環(huán)帶寬。2 .輸入偏置電流I IB當(dāng)運(yùn)算放大器的輸出電壓為零（或規(guī)定值）是流入兩個(gè)輸入端偏置電流 的平均值，為輸入偏置電流1舊。設(shè)兩偏置電流為IIB1和1舊2,則I IB= ( I IB1 + I 舊2)/2用圖測(cè)試，若Vs=0, ks斷開(kāi)，當(dāng)k1閉合，k2斷開(kāi)，測(cè)得輸出電壓voi。當(dāng) 當(dāng)k2閉合，k1斷開(kāi)，又可測(cè)得輸出電壓 V02。/Vo= V01V02=2R 舊(1+ Rf /Ri)I IB =/ Vo/2R (1+ Rf /Ri)3 .開(kāi)環(huán)差模輸入電阻Rd開(kāi)環(huán)差模輸入電阻 Rd是只差模輸入電壓變化與對(duì)應(yīng)的輸入電流變化之比。其測(cè)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(gòu)成交流開(kāi)環(huán)，而直流是閉環(huán)，圖 開(kāi)環(huán)差模輸入電阻和輸出電阻測(cè)測(cè)試Rd分兩步進(jìn)行，將低頻正弦信號(hào) VS輸入電路，先將k1、k2閉合, 測(cè)得輸出正弦信號(hào) V01=AvV 1,再將k1、k2斷開(kāi)，測(cè)得輸出正弦信號(hào) 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(hào) 出的頻率一般不超過(guò)1KH4以清除電容的影響。R不宜太 大，以減小噪聲的影響。2074 . 開(kāi)環(huán)輸出電阻ROS開(kāi)環(huán)輸出電阻ROs是指輸出電壓變化與其對(duì)應(yīng)的輸出電流變化之比。仍用的電路進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試分兩步進(jìn)行，

6、先將k1、k2閉合，k3斷開(kāi)，送入低頻正弦信號(hào) 達(dá)，測(cè)得輸出Voi=AvV 1,這里V i為輸入端信號(hào)。閉合k2,接入負(fù)載阻抗RL,再次測(cè)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(diào)電壓VIo由于運(yùn)放電路參數(shù)的不對(duì)稱，使得兩個(gè)輸入端都接地時(shí)，輸出電壓不為零，稱為放大器的失調(diào)。為了使輸出電壓回到零，就必須在輸入端加上一個(gè)糾偏電壓來(lái)補(bǔ)償這種失調(diào)，這個(gè)所加的糾偏電壓就叫運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓，用Vo表示。故Vo的定義為使輸出電壓為零在兩個(gè)輸入端之間需加有的直流補(bǔ)償電壓。輸入失調(diào)電壓的測(cè)

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

8、 VO之 外，還有輸入電流Ib1和Ib2在電阻上所產(chǎn)生的電壓,即I biR- I b2R=( Ib1- Ib2)R= Iio Ro若這時(shí)測(cè)得輸出電壓為 VO2,根據(jù)前面的計(jì)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(yùn)放應(yīng)對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。表征這種能力的參數(shù)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(cè)試原理如圖所示。由于RF>>R,該閉環(huán)電路對(duì)

9、差模信號(hào)的增益 Aw=R/R, 共模信號(hào)的增益Avc= (VO/V)。因此，只要從電路上測(cè)出VO和向 即可求出 共模抑制比(R/R)圖共模抑制比測(cè)試原kcM= | Avd/Avc I =kCMR勺大小往往與頻率有關(guān)，也與輸入信號(hào)大小和波形有關(guān)。測(cè)頻率不宜太高，信號(hào)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(shí)的共模輸入電壓。其測(cè)試原理仍用如圖的電路。測(cè)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(shí)，記下這時(shí)輸入信 號(hào)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(cè)試時(shí)可將兩種定義的

10、測(cè)試結(jié) 果進(jìn)行比較。9 .電壓轉(zhuǎn)換速率4的測(cè)試電壓轉(zhuǎn)換速率6定義為運(yùn)放在單位增益狀態(tài)下，在運(yùn)放輸入端送入規(guī)定 的大信號(hào)階躍脈沖電壓時(shí)，輸出電壓隨時(shí)間的最大變化率8的測(cè)試原理如圖（a）所示。測(cè)試時(shí)取R =RF,在輸入端送入脈沖電壓， 從輸出端見(jiàn)到輸出波形，如圖（b）所示。這是可以規(guī)定過(guò)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(nèi)，取輸出電壓幅度/ Vo和對(duì)應(yīng)的 時(shí)間Vt,然后由計(jì)算公式求出圖電壓轉(zhuǎn)換速率測(cè)試原理209SR=/ Vo/Vt（V /內(nèi)）通常上升過(guò)程和下降過(guò)程不同，故應(yīng)分別測(cè)出十和S-o10 .脈沖響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試脈沖響應(yīng)時(shí)間包括上升時(shí)間，下降時(shí)間、延遲時(shí)間、和脈動(dòng)時(shí)間等，測(cè)

11、試原理仍如圖（a）所示，取RF >Ri, R遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻、規(guī)定的誤差帶為 2 e。讀取響應(yīng)時(shí)間方法如圖所示。其中tr為上升時(shí)間，tf為下降時(shí)間，td（r） 為上升延遲時(shí)間，td （f）為下降延遲時(shí)間。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .開(kāi)環(huán)電壓增益測(cè)量。2 .輸入偏置電流測(cè)量。3 .開(kāi)環(huán)差模輸入電阻測(cè)量。4 .開(kāi)環(huán)輸出電阻測(cè)量。5 .輸入失調(diào)電壓測(cè)量。6 .輸入失調(diào)電流測(cè)量。7 .共模抑制比測(cè)量。8 .電壓轉(zhuǎn)換速率測(cè)量。9 .脈沖響應(yīng)時(shí)間測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)步驟以圖所示的電路進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，步驟如下:210K :10k1Vt(接（a圖運(yùn)算放大器參數(shù)測(cè)試電1 .測(cè)試運(yùn)放得開(kāi)環(huán)特性參數(shù)用圖（a）電路。測(cè)試時(shí)將k2

12、接輸入信號(hào),k1接電容。K3、k4根據(jù)需要可接入RL和。參照實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的測(cè)試2 .測(cè)試大信號(hào)脈沖參數(shù)也采用圖（a）的電路。測(cè)試時(shí)將k2接電阻，k1接 脈沖信號(hào)源，R根據(jù)需要選取，從輸入和輸出脈沖波形中讀取各個(gè)有關(guān)脈沖 的參數(shù)。測(cè)試時(shí)可利用K3和k4接入負(fù)載R和。以觀察R和cl對(duì)脈沖參數(shù)的 影響3 .測(cè)試失調(diào)特性參數(shù)和共模特性參數(shù)都采用圖 （b）的電路。圖中的AT為 被測(cè)電路，A為輔助電路。若采用單電路測(cè)試方法，可將 K6和K7斷開(kāi)，K5 閉合。變幻開(kāi)關(guān)位置，即可測(cè)試各個(gè)參數(shù)。4 . 在圖 （b） 中將k4、K3接地，分別在k1斷開(kāi)，k2 閉合和k1閉合、k2 斷開(kāi)兩種情況下，測(cè)出輔助

13、放大器的輸出電壓Vo1 和 Vo2， 帶入式中，即可計(jì)算出1舊。測(cè)VD和IID時(shí)，都是將k4、K8接地，通過(guò)k1和k2的閉合斷開(kāi)，測(cè)出 輔助放大器的輸出電壓 Mr和Vo2,計(jì)算Vo和I%測(cè)試共模特性參數(shù)時(shí)，將 k1, k2閉合，k4接地，從K3送入正弦信號(hào)達(dá)，測(cè)出輔助放大器的輸出電壓 Vl,計(jì)算出kCMR四、實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 處 理根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，將有關(guān)輸入輸出波形描繪下來(lái)，詳細(xì)記錄各個(gè)測(cè) 試數(shù)據(jù)，并作相應(yīng)的計(jì)算。五、思 考 題1. Vcc和Vee的大小對(duì)最大輸出峰峰電壓有何影響？2. 運(yùn)放在小信號(hào)下工作和大信號(hào)下工作，狀態(tài)有何不同？3. 采用輔助放大器測(cè)試有什么優(yōu)點(diǎn)？試分析測(cè)試線路原理。六、參 考 資 料1 李清泉、黃昌寧，集成運(yùn)算放大器原理及應(yīng)用，124 頁(yè)，科學(xué)出版社，1982 年。2 沈尚賢，模擬電子學(xué)，p231 334. 人民郵電出版社