运放的选用与参数测试方法

1、运放的采用与参数测试方法学习引导文实验目的1?认识集成运算放大器的主要参数。?经过实验，掌握集成运算放大器主要参数的测试方法。预习要求?复习集成运算放大器的技术指标，主要参数的定义及测试方法。?认识用示波器观察运算放大器传输特点的方法。?认识输入失调电压UIO和输入失调电流ho产生的原因。.实验设施名称型号或规格示波器日立V252直流稳压电源JWD2函数信号发生器GFG-8020G（或8016G）晶体管毫伏表DA16万用表YX960TR或其余型号数量11111四.实验内容及测试方法反应集成运算放大器特点的参数主要有以下四大类：输入失调特点、开环特点、共模特点及输出瞬态特点。?集成运算放大器的传

2、输特点及输出电压的动向范围的测试运算放大器输出电压的动向范围是指在不失真条件下所能达到的最大幅度。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅Uop-p看作运算放大器的最大动向范围。输出电压动向范围的测试电路如图1(a)所示。图中u为100Hz正弦信号。当接入负载RL后，渐渐加大输入信号Ui的幅值，直至示波器上显示的输出电压波形为最大不失真波形为止，此时的输出电压的峰峰值Uop-p就是运算放大器的最大摆幅。若将Ui输入到示波器的X轴，Uo输入到示波器的Y轴，就能够利用示波器的XY显示，观察到运算放大器的传输特点，如图1(b)所示，并可测出Uop-p的大小。图1(图中:R!=R2=1.2k

3、Rf=20k)Uop-p与负载电阻RL相关，关于不同样的RL,Uop-p也不同样。依照表1,改变负载电阻RL的阻值，记下不同样RL时的Uop-p，并依照RL和Uop-p，求出运算放大器输出电流的最大摆幅Iop-p=Uop-p/RL，填入表1中。表1RLUop-pIop-p=Uop-p/RL(a)运算放大器输岀电压动向范围的测试电路(b)运算放大器的传输特点曲线LRL=1kQRL=1000运算放大器的Uop-p除了与负载电阻RL相关外，还与电源电压以及输入信号的频次相关。随着电源电压的降低和信号频次的高升，Uop-p将降低。若是示波器显示出运算放大器的传输特点，即表示该放大器是好的，能够进一步测

4、试运算放大器的其余几项参数。?集成运算放大器的输入失调特点及其测试方法集成运算放大器的基本电路是差分放大器。由于电路的不对称性必然产生输入误差信号。这个误差信号限制了运算放大器所能放大的最小信号，即限制了运算放大器的敏捷度。这种由于直流偏置不对称所惹起的误差信号能够用输入失调电压UI。、输入偏置电流IB、输入失调电流IIO及它们的温度漂移来描绘。(1)输入失调电压UIO的测试一个理想的运算放大器，当两输入端加上同样的直流电压或直接接地时，其输出端的直流电压应等于零。但由于电路参数的不对称性，输出电压其实不为零，这种现象称为运算放大器的零点偏离或失调，为了使放大器的输出端电压回到零，必定在放大器

5、的输入端加上一个电压来补偿这种失调。所加电压的大小称为该运算放大器的失调电压，用UIO表示。显然UIO越小，说明运算放大器参数的对称性越好。剖析表示，运算放大器的UIO主要取决于输入级差分对管Ube的对称性，UIO一般为0.5亠5mV。失调电压的测试电路如图2所示。用万用表(最好是数字万用表)测出其输出电压Uo,则输入失o调电压UIO可由下式计算:U|_R1Ri(1)图2输入失调电压测试电路RfUo(2)输入失调电流的测试(图中:Ri=100Rf=100kl】)输入端偏置电流IB是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的平均值，即：IB=(IB+IBJ/2式中咕+为同相输入端基极电流，IB_为反

6、相输入端基极电流。当电路参数对称时，IB+=IB_。但实质电路中参数总有些不对称，其差值称为运算放大器的输入失调电流，用IO表示：II|O=IB+rIB显然，ho的存在将使输出端零点偏离，信号源阻抗越高，失调电流的影响越严重。输入失调电流主若是由于组成差动输入级的两个三极管的”直不一致惹起的。ho般为1nA?-10从，其值越小越好。失调电流的测试电路与图2同样。用万用表分别测量同相端3对地的电压U3及反相端2对地的电压U2，则输入失调电流IIO可由下式计算:IIBIB_￥(2)RSR2输入失调电压UIO和输入失调电流1|。称为运算放大器的静态性能参数。?运算放大器的开环特点及其测试方法反应运算

7、放大器开环特点的参数主Rf要有：开环电压增益Auo、输入阻抗输出阻抗RoRi、R+15V及增益带宽积。信Ui27(1)开环电压增益Auo的测试号Uo1丄开环电压增益Auo是指运算放大器源没有反应时的差模电压增益，即运算放Rp-15V大器的输出电压Uo与差模输入电压Ui之比值。开环电压增益过去很高，因此图3开环电压增益的测量电路只有在输入电压很小（几百微伏）时，才能保证输出波形不失真。但在小信号输入条件下测试时，易引入各样扰乱，因此采用闭环测量方法较好。测试开环电压增益Au。的电路如图3所示（图中Ri=Rf=51kQ,R2=Rp=51R3=1kl】,C=47IF）。UoUoR1R2,则开环电压增

8、益A选择电阻（R+R）決只3uo为:i2R2Auo。测量时，沟通讯号源的输用毫伏表分别测量Uo及Ui，由上式算出开环电般取几十毫伏。压增益出频次应小于100Hz，并用示波器督查输出波形，若有自激振荡，应进行相位补偿、除去振荡后才能进行测量。u：的幅度不能够太大,（2）增益带宽积的测试运算放大器能够工作在零频次（即直流），因此它在截止频次fc处的电压增益比直流时的电压增益低3dB，故运算放大器的带宽BW就等于截止频次fc。增益越高，带宽越窄，增益带宽积Auo对应的带宽称为单位增益带宽。图4增益带宽积测量电路BW=常数，当电压放大倍数等于1时，增益带宽积的测试电路如图4所示：其中信号源用来输出Ui

9、=100mV的正弦波，示波器用来观察放大器的输入与输出波形。第一取表2中第一组阻值Rf=R1=10k1，测量放大器的单位增益带宽。当信号源的输出频次由低渐渐增高时，电压增益Auo=Uo/Ui=1应保持不变。连续增高频次直到Auo=0.707Auo时所对应的频次就是运算放大器电压放大倍数等于1时的带宽，即单位增益带宽。再取表中第二、第三组数据，分别测出不同样电压增益Auo时的带宽BW，经过计算求出增益带宽积Auo?BW。实验结果表示：增益增加时，带宽减小，但增益带宽积不变（可能存在测量误差）。因此运算放大器在给定电压增益下，其最高工作频次碰到增益带宽积的限制，应用时要特别注意。表2增益带宽积测量

10、值RRAuoBWAuo?BWf1110kQ10kQ2100kQ10kQ31MQ10kQ其输出电压U。；保持Ui不变，尔后接上RL，再测出此时的UoL（注意保持输出波形不失真），按下式求出Ro：（3）开环输入阻抗的测试运算放大器的开环输入阻抗Ri是指运算放大器在开环状态下，输入差模信号时，两输入端之间的等效阻抗。开环输入阻抗的测试电路如图5所示。其中信号源为输出电压Us=1V，频次fi=100Hz的正弦波，调治电位器RW直到Ui=US/2时为止。关掉电源，取下电位器（注意不要碰电位器的滑动端），测量其阻值R,则输入阻抗Ri=源吸取的电流就越小。（4）开环输出阻抗的测试运算放大器开环输出阻抗Ro的

11、测试电路如图6所示，选用适合的Rf、Cf和测试频次使运算放大器工作在开环状态。先不接入RL，测出R。二-1RLRL+15V27UsUi34YCH1-15V示波器LL心CH2图5输入阻抗测试电路（其中：RW=2.2M）Ro。输入阻抗Ri越大越好，这样运算放大器从信号CfRCUof+15VJiR1oRf27SUiR234J-15V图6输出阻抗测试电路（图中Rl=R2=51门，R=100kR=100JC=Cf=Cf=47FfL)）运算放大器的输出阻抗（开环）一般为几十至几千欧姆。.共模控制比的测试集成运算放大器是一个双端输入、单端输出的高增益直接耦合放大器。因此，它对共模信号有很强的控制能力，电路参

12、数号R26U越对称，共模控制能力越强。共模控制比CMRR源Ui吩741o34Rp-15V图7共模控制比的测试电路（图中Ri=R2=100门，R3=Rf=100k）共模控制比的测试电路如图7所示。其中信号源输出频次为100Hz，电压Ui=2V（有效值）的正弦波。用毫伏表测量输出电压U。，则放大器的差模电压增益为:RfR1共模电压增益为：AUi将Aud和Auc的值代入式（5）就能够算出共模控制比CMRR。5.输出波形的瞬态特点及其测试方法当运算放大器工作在大信号和开关状态（如用作比较器）时，仅知道其频次特点是不够的，还必定认识电路的瞬态特点。运算放大器的瞬态特点主要经过转移速率S和成立刻间来描绘。

13、（1）转移速率SR的测试转移速率是指运算放大器在大幅度阶跃信号的作用下输出信号所能达到的最大变化率，单位为V/S。影响运算放大器转移速率的主要因素是放大器的高频特点和相位补偿电容。一般补偿电容越大转移速率越慢。对正弦信号而言，R决定了放图8（a）转移速率的测试电路S大器在高频时所能达到的最大不失真幅度Uomax（图中R1=Rf=10k，RP=R1/Rf）_SRomax2maxUo0形所能达到的上涨和下降时间。转移速率的测试电路如图8(a)所示，信号源输出10kHz的方波，电压Ui的峰一峰值为5V。示波器观察到的输入输出波形如图8(b)所示。转移速率t可由示波器测量，其中.址为输出电压U。从最小

14、值升到最大值所需要的时间。转移速率越大，说明运算放大器对输入信号的刹时图8(b)输入/输出波形变化响应越好。在测试SR时，必定注意以下几点：a.由于SR与电路的工作状态相关。同一只运算放大器，在同相应用和反相应用时其SR将不同样样；不同样增益、不同样补偿条件时，其R也不同样样，输出波形的上涨速率和下降速率S也不同样样。因此，使用者应依照应用条件进行测试。生产厂家经常是以最慢的转移速率供应给用户参照。R不能够获取过大，否则将会给测试结果b?当运算放大器接成放大状态时，其反应电阻引进误差。f(2)成立刻间ts的测试成立刻间ts是指放大器输入一阶跃信号后，从响应到最后牢固值(在规定的误差范围内)所需

15、要的时间，如图9所示。由图可见，ts是or从输出波形的响应开始，到第一个进入误差范围(1_、：)Uor内的峰值为止的这段时间。当运算放大器用作比较器时，经常就用ts来权衡该运算放大器的响应速度，tS越短，该运算放大器的瞬态响应越好，工作速度也越快。成立刻间ts的测试电路如图10(a)所示。由于运算放大器工作在单位增益闭环状态，经过附加的支路，使得在A点处(对应的电压为UA)仅剩下输入信号与输出信号之差，其波形如图10(b)所示，再将此信号放大，就能够比较精准地测出ts之值。UA+SUor-15V图10(a)成立刻间ts的测试电路(R=1002)图10五.实验报告要求?画出实验电路图，注明元件值。?对实验数据进行办理。?剖析实验结果。附表：A741性能参数的典型值附表A741的性能参数电源电压-+UCC+3V*+18V，典型值-+15V-UEE3V18V,75V输入失调电压UIO2mV输入失调电流I|O20nA开环电压增益Auo106dB输入电阻Ri2MQ注意