運(yùn)放的選用與參數(shù)測試方法

1、運(yùn)放的采用與參數(shù)測試方法學(xué)習(xí)引導(dǎo)文實(shí)驗(yàn)?zāi)康??認(rèn)識(shí)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)。?經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，掌握集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的測試方法。預(yù)習(xí)要求?復(fù)習(xí)集成運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)，主要參數(shù)的定義及測試方法。?認(rèn)識(shí)用示波器觀察運(yùn)算放大器傳輸特點(diǎn)的方法。?認(rèn)識(shí)輸入失調(diào)電壓UIO和輸入失調(diào)電流ho產(chǎn)生的原因。.實(shí)驗(yàn)設(shè)施名稱型號(hào)或規(guī)格示波器日立V252直流穩(wěn)壓電源JWD2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器GFG-8020G（或8016G）晶體管毫伏表DA16萬用表YX960TR或其余型號(hào)數(shù)量11111四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測試方法反應(yīng)集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)的參數(shù)主要有以下四大類：輸入失調(diào)特點(diǎn)、開環(huán)特點(diǎn)、共模特點(diǎn)及輸出瞬態(tài)特點(diǎn)。?集成運(yùn)算放大器的傳

2、輸特點(diǎn)及輸出電壓的動(dòng)向范圍的測試運(yùn)算放大器輸出電壓的動(dòng)向范圍是指在不失真條件下所能達(dá)到的最大幅度。為了測試方便，在一般情況下就用其輸出電壓的最大擺幅Uop-p看作運(yùn)算放大器的最大動(dòng)向范圍。輸出電壓動(dòng)向范圍的測試電路如圖1(a)所示。圖中u為100Hz正弦信號(hào)。當(dāng)接入負(fù)載RL后，漸漸加大輸入信號(hào)Ui的幅值，直至示波器上顯示的輸出電壓波形為最大不失真波形為止，此時(shí)的輸出電壓的峰峰值Uop-p就是運(yùn)算放大器的最大擺幅。若將Ui輸入到示波器的X軸，Uo輸入到示波器的Y軸，就能夠利用示波器的XY顯示，觀察到運(yùn)算放大器的傳輸特點(diǎn)，如圖1(b)所示，并可測出Uop-p的大小。圖1(圖中:R!=R2=1.2k

3、Rf=20k)Uop-p與負(fù)載電阻RL相關(guān)，關(guān)于不同樣的RL,Uop-p也不同樣。依照表1,改變負(fù)載電阻RL的阻值，記下不同樣RL時(shí)的Uop-p，并依照RL和Uop-p，求出運(yùn)算放大器輸出電流的最大擺幅Iop-p=Uop-p/RL，填入表1中。表1RLUop-pIop-p=Uop-p/RL(a)運(yùn)算放大器輸岀電壓動(dòng)向范圍的測試電路(b)運(yùn)算放大器的傳輸特點(diǎn)曲線LRL=1kQRL=1000運(yùn)算放大器的Uop-p除了與負(fù)載電阻RL相關(guān)外，還與電源電壓以及輸入信號(hào)的頻次相關(guān)。隨著電源電壓的降低和信號(hào)頻次的高升，Uop-p將降低。若是示波器顯示出運(yùn)算放大器的傳輸特點(diǎn)，即表示該放大器是好的，能夠進(jìn)一步測

4、試運(yùn)算放大器的其余幾項(xiàng)參數(shù)。?集成運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)特點(diǎn)及其測試方法集成運(yùn)算放大器的基本電路是差分放大器。由于電路的不對(duì)稱性必然產(chǎn)生輸入誤差信號(hào)。這個(gè)誤差信號(hào)限制了運(yùn)算放大器所能放大的最小信號(hào)，即限制了運(yùn)算放大器的敏捷度。這種由于直流偏置不對(duì)稱所惹起的誤差信號(hào)能夠用輸入失調(diào)電壓UI。、輸入偏置電流IB、輸入失調(diào)電流IIO及它們的溫度漂移來描繪。(1)輸入失調(diào)電壓UIO的測試一個(gè)理想的運(yùn)算放大器，當(dāng)兩輸入端加上同樣的直流電壓或直接接地時(shí)，其輸出端的直流電壓應(yīng)等于零。但由于電路參數(shù)的不對(duì)稱性，輸出電壓其實(shí)不為零，這種現(xiàn)象稱為運(yùn)算放大器的零點(diǎn)偏離或失調(diào)，為了使放大器的輸出端電壓回到零，必定在放大器

5、的輸入端加上一個(gè)電壓來補(bǔ)償這種失調(diào)。所加電壓的大小稱為該運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，用UIO表示。顯然UIO越小，說明運(yùn)算放大器參數(shù)的對(duì)稱性越好。剖析表示，運(yùn)算放大器的UIO主要取決于輸入級(jí)差分對(duì)管Ube的對(duì)稱性，UIO一般為0.5亠5mV。失調(diào)電壓的測試電路如圖2所示。用萬用表(最好是數(shù)字萬用表)測出其輸出電壓Uo,則輸入失o調(diào)電壓UIO可由下式計(jì)算:U|_R1Ri(1)圖2輸入失調(diào)電壓測試電路RfUo(2)輸入失調(diào)電流的測試(圖中:Ri=100Rf=100kl】)輸入端偏置電流IB是指輸出端為零電平時(shí)，兩輸入端基極電流的平均值，即：IB=(IB+IBJ/2式中咕+為同相輸入端基極電流，IB_為反

6、相輸入端基極電流。當(dāng)電路參數(shù)對(duì)稱時(shí)，IB+=IB_。但實(shí)質(zhì)電路中參數(shù)總有些不對(duì)稱，其差值稱為運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電流，用IO表示：II|O=IB+rIB顯然，ho的存在將使輸出端零點(diǎn)偏離，信號(hào)源阻抗越高，失調(diào)電流的影響越嚴(yán)重。輸入失調(diào)電流主若是由于組成差動(dòng)輸入級(jí)的兩個(gè)三極管的”直不一致惹起的。ho般為1nA?-10從，其值越小越好。失調(diào)電流的測試電路與圖2同樣。用萬用表分別測量同相端3對(duì)地的電壓U3及反相端2對(duì)地的電壓U2，則輸入失調(diào)電流IIO可由下式計(jì)算:IIBIB_￥(2)RSR2輸入失調(diào)電壓UIO和輸入失調(diào)電流1|。稱為運(yùn)算放大器的靜態(tài)性能參數(shù)。?運(yùn)算放大器的開環(huán)特點(diǎn)及其測試方法反應(yīng)運(yùn)算

7、放大器開環(huán)特點(diǎn)的參數(shù)主Rf要有：開環(huán)電壓增益Auo、輸入阻抗輸出阻抗RoRi、R+15V及增益帶寬積。信Ui27(1)開環(huán)電壓增益Auo的測試號(hào)Uo1丄開環(huán)電壓增益Auo是指運(yùn)算放大器源沒有反應(yīng)時(shí)的差模電壓增益，即運(yùn)算放Rp-15V大器的輸出電壓Uo與差模輸入電壓Ui之比值。開環(huán)電壓增益過去很高，因此圖3開環(huán)電壓增益的測量電路只有在輸入電壓很?。◣装傥⒎r(shí)，才能保證輸出波形不失真。但在小信號(hào)輸入條件下測試時(shí)，易引入各樣擾亂，因此采用閉環(huán)測量方法較好。測試開環(huán)電壓增益Au。的電路如圖3所示（圖中Ri=Rf=51kQ,R2=Rp=51R3=1kl】,C=47IF）。UoUoR1R2,則開環(huán)電壓增

8、益A選擇電阻（R+R）決只3uo為:i2R2Auo。測量時(shí)，溝通訊號(hào)源的輸用毫伏表分別測量Uo及Ui，由上式算出開環(huán)電般取幾十毫伏。壓增益出頻次應(yīng)小于100Hz，并用示波器督查輸出波形，若有自激振蕩，應(yīng)進(jìn)行相位補(bǔ)償、除去振蕩后才能進(jìn)行測量。u：的幅度不能夠太大,（2）增益帶寬積的測試運(yùn)算放大器能夠工作在零頻次（即直流），因此它在截止頻次fc處的電壓增益比直流時(shí)的電壓增益低3dB，故運(yùn)算放大器的帶寬BW就等于截止頻次fc。增益越高，帶寬越窄，增益帶寬積Auo對(duì)應(yīng)的帶寬稱為單位增益帶寬。圖4增益帶寬積測量電路BW=常數(shù)，當(dāng)電壓放大倍數(shù)等于1時(shí)，增益帶寬積的測試電路如圖4所示：其中信號(hào)源用來輸出Ui

9、=100mV的正弦波，示波器用來觀察放大器的輸入與輸出波形。第一取表2中第一組阻值Rf=R1=10k1，測量放大器的單位增益帶寬。當(dāng)信號(hào)源的輸出頻次由低漸漸增高時(shí)，電壓增益Auo=Uo/Ui=1應(yīng)保持不變。連續(xù)增高頻次直到Auo=0.707Auo時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻次就是運(yùn)算放大器電壓放大倍數(shù)等于1時(shí)的帶寬，即單位增益帶寬。再取表中第二、第三組數(shù)據(jù)，分別測出不同樣電壓增益Auo時(shí)的帶寬BW，經(jīng)過計(jì)算求出增益帶寬積Auo?BW。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示：增益增加時(shí)，帶寬減小，但增益帶寬積不變（可能存在測量誤差）。因此運(yùn)算放大器在給定電壓增益下，其最高工作頻次碰到增益帶寬積的限制，應(yīng)用時(shí)要特別注意。表2增益帶寬積測量

10、值RRAuoBWAuo?BWf1110kQ10kQ2100kQ10kQ31MQ10kQ其輸出電壓U。；保持Ui不變，爾后接上RL，再測出此時(shí)的UoL（注意保持輸出波形不失真），按下式求出Ro：（3）開環(huán)輸入阻抗的測試運(yùn)算放大器的開環(huán)輸入阻抗Ri是指運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)下，輸入差模信號(hào)時(shí)，兩輸入端之間的等效阻抗。開環(huán)輸入阻抗的測試電路如圖5所示。其中信號(hào)源為輸出電壓Us=1V，頻次fi=100Hz的正弦波，調(diào)治電位器RW直到Ui=US/2時(shí)為止。關(guān)掉電源，取下電位器（注意不要碰電位器的滑動(dòng)端），測量其阻值R,則輸入阻抗Ri=源吸取的電流就越小。（4）開環(huán)輸出阻抗的測試運(yùn)算放大器開環(huán)輸出阻抗Ro的

11、測試電路如圖6所示，選用適合的Rf、Cf和測試頻次使運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)。先不接入RL，測出R。二-1RLRL+15V27UsUi34YCH1-15V示波器LL心CH2圖5輸入阻抗測試電路（其中：RW=2.2M）Ro。輸入阻抗Ri越大越好，這樣運(yùn)算放大器從信號(hào)CfRCUof+15VJiR1oRf27SUiR234J-15V圖6輸出阻抗測試電路（圖中Rl=R2=51門，R=100kR=100JC=Cf=Cf=47FfL)）運(yùn)算放大器的輸出阻抗（開環(huán)）一般為幾十至幾千歐姆。.共?？刂票鹊臏y試集成運(yùn)算放大器是一個(gè)雙端輸入、單端輸出的高增益直接耦合放大器。因此，它對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的控制能力，電路參

12、數(shù)號(hào)R26U越對(duì)稱，共模控制能力越強(qiáng)。共?？刂票菴MRR源Ui吩741o34Rp-15V圖7共?？刂票鹊臏y試電路（圖中Ri=R2=100門，R3=Rf=100k）共?？刂票鹊臏y試電路如圖7所示。其中信號(hào)源輸出頻次為100Hz，電壓Ui=2V（有效值）的正弦波。用毫伏表測量輸出電壓U。，則放大器的差模電壓增益為:RfR1共模電壓增益為：AUi將Aud和Auc的值代入式（5）就能夠算出共?？刂票菴MRR。5.輸出波形的瞬態(tài)特點(diǎn)及其測試方法當(dāng)運(yùn)算放大器工作在大信號(hào)和開關(guān)狀態(tài)（如用作比較器）時(shí)，僅知道其頻次特點(diǎn)是不夠的，還必定認(rèn)識(shí)電路的瞬態(tài)特點(diǎn)。運(yùn)算放大器的瞬態(tài)特點(diǎn)主要經(jīng)過轉(zhuǎn)移速率S和成立刻間來描繪。

13、（1）轉(zhuǎn)移速率SR的測試轉(zhuǎn)移速率是指運(yùn)算放大器在大幅度階躍信號(hào)的作用下輸出信號(hào)所能達(dá)到的最大變化率，單位為V/S。影響運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)移速率的主要因素是放大器的高頻特點(diǎn)和相位補(bǔ)償電容。一般補(bǔ)償電容越大轉(zhuǎn)移速率越慢。對(duì)正弦信號(hào)而言，R決定了放圖8（a）轉(zhuǎn)移速率的測試電路S大器在高頻時(shí)所能達(dá)到的最大不失真幅度Uomax（圖中R1=Rf=10k，RP=R1/Rf）_SRomax2maxUo0形所能達(dá)到的上漲和下降時(shí)間。轉(zhuǎn)移速率的測試電路如圖8(a)所示，信號(hào)源輸出10kHz的方波，電壓Ui的峰一峰值為5V。示波器觀察到的輸入輸出波形如圖8(b)所示。轉(zhuǎn)移速率t可由示波器測量，其中.址為輸出電壓U。從最小

14、值升到最大值所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)移速率越大，說明運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)的剎時(shí)圖8(b)輸入/輸出波形變化響應(yīng)越好。在測試SR時(shí)，必定注意以下幾點(diǎn)：a.由于SR與電路的工作狀態(tài)相關(guān)。同一只運(yùn)算放大器，在同相應(yīng)用和反相應(yīng)用時(shí)其SR將不同樣樣；不同樣增益、不同樣補(bǔ)償條件時(shí)，其R也不同樣樣，輸出波形的上漲速率和下降速率S也不同樣樣。因此，使用者應(yīng)依照應(yīng)用條件進(jìn)行測試。生產(chǎn)廠家經(jīng)常是以最慢的轉(zhuǎn)移速率供應(yīng)給用戶參照。R不能夠獲取過大，否則將會(huì)給測試結(jié)果b?當(dāng)運(yùn)算放大器接成放大狀態(tài)時(shí)，其反應(yīng)電阻引進(jìn)誤差。f(2)成立刻間ts的測試成立刻間ts是指放大器輸入一階躍信號(hào)后，從響應(yīng)到最后牢固值(在規(guī)定的誤差范圍內(nèi))所需

15、要的時(shí)間，如圖9所示。由圖可見，ts是or從輸出波形的響應(yīng)開始，到第一個(gè)進(jìn)入誤差范圍(1_、：)Uor內(nèi)的峰值為止的這段時(shí)間。當(dāng)運(yùn)算放大器用作比較器時(shí)，經(jīng)常就用ts來權(quán)衡該運(yùn)算放大器的響應(yīng)速度，tS越短，該運(yùn)算放大器的瞬態(tài)響應(yīng)越好，工作速度也越快。成立刻間ts的測試電路如圖10(a)所示。由于運(yùn)算放大器工作在單位增益閉環(huán)狀態(tài)，經(jīng)過附加的支路，使得在A點(diǎn)處(對(duì)應(yīng)的電壓為UA)僅剩下輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之差，其波形如圖10(b)所示，再將此信號(hào)放大，就能夠比較精準(zhǔn)地測出ts之值。UA+SUor-15V圖10(a)成立刻間ts的測試電路(R=1002)圖10五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求?畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，注明元件值。?對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行辦理。?剖析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。附表：A741性能參數(shù)的典型值附表A741的性能參數(shù)電源電壓-+UCC+3V*+18V，典型值-+15V-UEE3V18V,75V輸入失調(diào)電壓UIO2mV輸入失調(diào)電流I|O20nA開環(huán)電壓增益Auo106dB輸入電阻Ri2MQ注意