集成运放参数测试仪作品解析
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方案一 ：采用集成运放参数的定义的方法来设计测试电路。
优点
缺点
概念清楚，原理简单，电路简洁，易于制作。 容易自激，噪声较大，测试结果误差较大，工频干 扰，高质量的小信号获得较困难。
方案二
：GB3442—86《半导体集成电路运算(电压)放大器测试 方法的基本原理》规定的辅助直流测试法。 优点 缺点 稳定性好、精度高、范围大。 容易引起自激，电路复杂度高一些。
13
二 设计重点及方法
方案二 ：运算放大器直流参数测试原理
Rf K1 Ri R R1
Ri K2 Rf
图2
GB3442—86规定的运算放大器直流参数测试原理
14
+
被测运放 R2
R
-
+
VL 数字电压表 (4位半以上)
辅助运放
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】
（1）输入失调电压、输入失调电流 C1，C2的值由实验获得。
（3） Rf、Ri电阻的精密和稳定程度决定了增益的精确性 和稳定性。
（4）设计及测试过程中，要保持电路和运放的干净，干燥。
27
四、自激的讨论
自激产生原因 : （1）补偿不足 例如OP37等运放,在设计时,为了提高高频 响应,其 补偿量较小,当反馈较深时会出现自激现象。 （2）电源反馈自激 一般的运放都由3级以上电路组成， 如果供给运放的电源的内阻较大,末级的耗电会造成电源 的波动,此波动将影响前级的电路的工作,并被前级放大, 造成后级电路更大的波动,如此恶性循环,从而产生自激。 （3）外界干扰 不算自激,但现象和自激相似，如果电路 设计屏蔽不佳,干扰会引入电路,并被放大。
图4 交流差模开环电压增益AVD测试电路
16
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】 K 20 lg V1 R i R f CMR
（3）交流共模抑制比 KCMR
V LO
Ri
(dB)
图5 交流共模抑制比测试电路
17
二 设计重点及方法
【5 测试AVD、KCMR的信号源 】
【1 总体思路设计】
打印输出 显示模块 运放参数测试电路
自动量程转换
键盘模块
单片机
DDS信号源 （AD9851或AD9835） 单位增益带宽测试电路
语音播报
8
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（1）输入失调电压VIO
在理想情况下 输出失调电压
Avd＝∞，Ri＝∞，VIO＝0，IIO＝0，KCMR＝∞
28
四、自激的讨论
运放自激解决方法 : （1）外加补偿 超前补偿网络，运放反馈电阻分别并联电容；
（2）电源退耦 在正负电源上并联的退耦电容应该用无感电容， 离芯片越近越好，4.7μF的锝电容电容并联一个0.01μF瓷片电 容效果较好； （3）电路板 要尽可能地小，电路板制好可以长时间通电进 行快速老化，增进稳定性，低温焊锡； （4） 输入端采用保护环方式 输入输出线要尽可能地短，最好 制成一块小板置于屏蔽盒内，屏蔽盒更接地良好。
6
扫频信号源】
方案一 ：采用DDS专用集成芯片AD9851。 采用并行送控制字的方式，减少控制耗时 。
10秒内连续稳定输出频率在40kHz－4MHz的正弦波。
方案二 ：采用DDS专用集成芯片AD9835。 串行控制方式，使电路简单、编程方便。
19
二 设计重点及方法
【
6
扫频信号源】
1）采用AD9851设计扫频信号源
图11
HS0038接收电路
24
二 设计重点及方法
【11 打印功能连接电路】 采用微型打印 机，打印机连线 一端接打印机， 另一端为RS232的 接口，接在单片 机上。图12即为 通信时的接口转 接电路和硬件连 接方式。
图12 打印功能转接口转接电路
25
三、误差分析
在设计和测试时应注意下列条件：
【3 参数要求 】
测量运放的输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增 益和交流共模抑制比以及单位增益带宽进行测量，并具有自动量程转 换和将测试数据显示、打印输出的功能 。
3
一 题意分析
【4 参数要求---基本要求 】
（1）VIO：测量范围为0～40mV（量程为4mV和40mV）； （2）IIO：测量范围为0～4μA（量程为0.4μA和4μA）； （3）AVD：测量范围为 60dB～120dB； （4）KCMR：测量范围为 60dB～120dB； （5）自制测试仪中的信号源； （6）再制作一组符合该标准的测试电路。
集成运放参数测试仪作品解析
中国地质大学 郝国成
1
汇报提纲
一
二 三 四 五
题意分析
设计重点及方法 误差分析 自激的讨论 结束语
2
一 题意分析
【1 设计要求 】
制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪。
【2 设计思路 】
采用GB3442—86《半导体集成电路运算(电压)放大器测试方法的 基本原理》规定的辅助直流测试法 。
5
一 题意分析
题目核心 电子测量仪器 自 激 噪 声 设计难点 寄生振荡 频率稳定性 工频干扰
设计重点
核心测量电路
6
一 题意分析
设计要求
测量的基本知识 深刻理解常用电路 良好的系统方案
参赛选手
丰富宽厚的电子知识 思维敏捷的设计能力 融会贯通的创新意识 高效融洽的团队精神
7
二 设计重点及方法
单片机结合DDS技术，产生该信号。
频率转换速率快 频率分辨率高 相位噪声低
Direct Digital Frequency Synthesis
输出相位可连续变化 易编程，体积小、功耗低 输出正弦波
参考时钟
频率设定数据
相位累加器
余弦存储器
数/模转换器
图6 DDS信号源的框图
18
二 设计重点及方法
【
4
一 题意分析
【5 参数要求----发挥部分 】
（1）电压差模运放BWG (单位增益带宽)参数测量功能。 测量频率范围为： 100kHz～3.5MHz， 测量时间≤10秒，频率分辨力为1kHz； 扫频信号源 要求输出频率范围： 40kHz～4MHz， 输出电压有效值：2V±0.2 V； （2）自动测量(含自动量程转换)功能。 （3）其他。
11
线性放大区
没有自激振荡
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
差模电压放大倍数Avd 共模电压放大倍数Aoc
（4）共模抑制比KCMR
①Ri、Rf的阻值应各自严格配对 设计时应注意
②在测量Aoc时，适当加大vic的幅度
③在输出端，示波器监视是否产生自激振荡
12
二 设计重点及方法
【3 参数测量电路方案选择 】
图7 AD9851扫频信号源
20
二 设计重点及方法
【
6
扫频信号源】
2）采用AD9835设计扫频信号源
图8 AD9835扫频信号源
Fra Baidu bibliotek21
二 设计重点及方法
7 【自动量程转换和自动 测量电路】
S1～S8为8个继电器
图9 整合后的处理电路
22
二 设计重点及方法
【8 单位增益带宽测量电路】
峰值检波电路
（a）环境温度、湿度； （b）电源电压； （c）参考电压或信号； （d）环路条件（包括负载电阻、电容等）； （e）补偿网络及辅助电路； （f）防自激、干扰。
26
三、误差分析
该系统主要误差: （1）寄生振荡波。电路分布参数不确定、辅助运放性能 不良是系统闭环后产生寄生振荡的主要原因。 （2）50Hz工频干扰对测试结果的影响。采样电阻过大会 引起工频干扰。
电压比较器
峰值检波电路
40 kH z ～ 4M Hz 具 有 很 好 的 线 性 度
图10 单位增益带宽测试电路
23
二 设计重点及方法
【9 红外键盘和接收电路】
可以采用专用高灵敏红外接收芯片 HS0038（或ＣX20106），如图11， 将简单现成的电视遥控器SAA3010T 发送的信号解调出来，送入单片机进 行解码。HS0038解调出来的信号是13 位串行数据，码率固定。该红外接收 芯片价格便宜、性能可靠(它接收红外 信号频率为38kHz，周期约26μs)，它 同时对信号进行放大、检波、整形， 得到TTL电平的编码信号，再送给单 片机，经单片机解码并执行，去控制 相关对象。
29
四、结束语
（1） 题目看似简单，实现不易；
（2） “自激”处理是关键； （3） 系统设计方案的选择至关重要；
（4） 题目具有很强的“激励性”； （5） 综合性的题目考验综合性的能力；
符合“新世纪素质教育工程”的培养目标。
30
敬请批评指正。 谢谢大家！
2006年7月
31
输入信号为零时输出电压不为零
输入失调电压VIO
输入端反向补偿电压 反映运放内部差分输入级中两个三极管VBE的失配程度 失调电压及其温漂
运放误差
9
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（2）输入失调电流IIO
输入失调电流IIO 集成运放两个输入端的输入电流之间的差值
反映了运放内部差分输入级中两个三极管基极静态电流的失配程度
图3 输入失调电压和输入失调电流测试电路
采用高精确 度和低温漂 的OP07作 为辅助运放， 提高测试电 路增益的稳 定性。
15
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】
（2）交流差模开环电压增益AVD
V R R AVD 20 lg 1 i f V Ri LO
(dB)
输入端外接电阻比较大时 输入失调电流及其温漂是造成运放误差的主要原因
10
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（3）开环差模电压放大倍数Avd 测试方法 直流信号源 低频交流信号
自制信号源提供4v、5Hz的正弦波
辅助运放测试 交流开环 直流闭环 单运放测试
直 流 负 反 馈 交 流 负 反 馈
优点
缺点
概念清楚，原理简单，电路简洁，易于制作。 容易自激，噪声较大，测试结果误差较大，工频干 扰，高质量的小信号获得较困难。
方案二
：GB3442—86《半导体集成电路运算(电压)放大器测试 方法的基本原理》规定的辅助直流测试法。 优点 缺点 稳定性好、精度高、范围大。 容易引起自激，电路复杂度高一些。
13
二 设计重点及方法
方案二 ：运算放大器直流参数测试原理
Rf K1 Ri R R1
Ri K2 Rf
图2
GB3442—86规定的运算放大器直流参数测试原理
14
+
被测运放 R2
R
-
+
VL 数字电压表 (4位半以上)
辅助运放
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】
（1）输入失调电压、输入失调电流 C1，C2的值由实验获得。
（3） Rf、Ri电阻的精密和稳定程度决定了增益的精确性 和稳定性。
（4）设计及测试过程中，要保持电路和运放的干净，干燥。
27
四、自激的讨论
自激产生原因 : （1）补偿不足 例如OP37等运放,在设计时,为了提高高频 响应,其 补偿量较小,当反馈较深时会出现自激现象。 （2）电源反馈自激 一般的运放都由3级以上电路组成， 如果供给运放的电源的内阻较大,末级的耗电会造成电源 的波动,此波动将影响前级的电路的工作,并被前级放大, 造成后级电路更大的波动,如此恶性循环,从而产生自激。 （3）外界干扰 不算自激,但现象和自激相似，如果电路 设计屏蔽不佳,干扰会引入电路,并被放大。
图4 交流差模开环电压增益AVD测试电路
16
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】 K 20 lg V1 R i R f CMR
（3）交流共模抑制比 KCMR
V LO
Ri
(dB)
图5 交流共模抑制比测试电路
17
二 设计重点及方法
【5 测试AVD、KCMR的信号源 】
【1 总体思路设计】
打印输出 显示模块 运放参数测试电路
自动量程转换
键盘模块
单片机
DDS信号源 （AD9851或AD9835） 单位增益带宽测试电路
语音播报
8
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（1）输入失调电压VIO
在理想情况下 输出失调电压
Avd＝∞，Ri＝∞，VIO＝0，IIO＝0，KCMR＝∞
28
四、自激的讨论
运放自激解决方法 : （1）外加补偿 超前补偿网络，运放反馈电阻分别并联电容；
（2）电源退耦 在正负电源上并联的退耦电容应该用无感电容， 离芯片越近越好，4.7μF的锝电容电容并联一个0.01μF瓷片电 容效果较好； （3）电路板 要尽可能地小，电路板制好可以长时间通电进 行快速老化，增进稳定性，低温焊锡； （4） 输入端采用保护环方式 输入输出线要尽可能地短，最好 制成一块小板置于屏蔽盒内，屏蔽盒更接地良好。
6
扫频信号源】
方案一 ：采用DDS专用集成芯片AD9851。 采用并行送控制字的方式，减少控制耗时 。
10秒内连续稳定输出频率在40kHz－4MHz的正弦波。
方案二 ：采用DDS专用集成芯片AD9835。 串行控制方式，使电路简单、编程方便。
19
二 设计重点及方法
【
6
扫频信号源】
1）采用AD9851设计扫频信号源
图11
HS0038接收电路
24
二 设计重点及方法
【11 打印功能连接电路】 采用微型打印 机，打印机连线 一端接打印机， 另一端为RS232的 接口，接在单片 机上。图12即为 通信时的接口转 接电路和硬件连 接方式。
图12 打印功能转接口转接电路
25
三、误差分析
在设计和测试时应注意下列条件：
【3 参数要求 】
测量运放的输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增 益和交流共模抑制比以及单位增益带宽进行测量，并具有自动量程转 换和将测试数据显示、打印输出的功能 。
3
一 题意分析
【4 参数要求---基本要求 】
（1）VIO：测量范围为0～40mV（量程为4mV和40mV）； （2）IIO：测量范围为0～4μA（量程为0.4μA和4μA）； （3）AVD：测量范围为 60dB～120dB； （4）KCMR：测量范围为 60dB～120dB； （5）自制测试仪中的信号源； （6）再制作一组符合该标准的测试电路。
集成运放参数测试仪作品解析
中国地质大学 郝国成
1
汇报提纲
一
二 三 四 五
题意分析
设计重点及方法 误差分析 自激的讨论 结束语
2
一 题意分析
【1 设计要求 】
制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪。
【2 设计思路 】
采用GB3442—86《半导体集成电路运算(电压)放大器测试方法的 基本原理》规定的辅助直流测试法 。
5
一 题意分析
题目核心 电子测量仪器 自 激 噪 声 设计难点 寄生振荡 频率稳定性 工频干扰
设计重点
核心测量电路
6
一 题意分析
设计要求
测量的基本知识 深刻理解常用电路 良好的系统方案
参赛选手
丰富宽厚的电子知识 思维敏捷的设计能力 融会贯通的创新意识 高效融洽的团队精神
7
二 设计重点及方法
单片机结合DDS技术，产生该信号。
频率转换速率快 频率分辨率高 相位噪声低
Direct Digital Frequency Synthesis
输出相位可连续变化 易编程，体积小、功耗低 输出正弦波
参考时钟
频率设定数据
相位累加器
余弦存储器
数/模转换器
图6 DDS信号源的框图
18
二 设计重点及方法
【
4
一 题意分析
【5 参数要求----发挥部分 】
（1）电压差模运放BWG (单位增益带宽)参数测量功能。 测量频率范围为： 100kHz～3.5MHz， 测量时间≤10秒，频率分辨力为1kHz； 扫频信号源 要求输出频率范围： 40kHz～4MHz， 输出电压有效值：2V±0.2 V； （2）自动测量(含自动量程转换)功能。 （3）其他。
11
线性放大区
没有自激振荡
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
差模电压放大倍数Avd 共模电压放大倍数Aoc
（4）共模抑制比KCMR
①Ri、Rf的阻值应各自严格配对 设计时应注意
②在测量Aoc时，适当加大vic的幅度
③在输出端，示波器监视是否产生自激振荡
12
二 设计重点及方法
【3 参数测量电路方案选择 】
图7 AD9851扫频信号源
20
二 设计重点及方法
【
6
扫频信号源】
2）采用AD9835设计扫频信号源
图8 AD9835扫频信号源
Fra Baidu bibliotek21
二 设计重点及方法
7 【自动量程转换和自动 测量电路】
S1～S8为8个继电器
图9 整合后的处理电路
22
二 设计重点及方法
【8 单位增益带宽测量电路】
峰值检波电路
（a）环境温度、湿度； （b）电源电压； （c）参考电压或信号； （d）环路条件（包括负载电阻、电容等）； （e）补偿网络及辅助电路； （f）防自激、干扰。
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三、误差分析
该系统主要误差: （1）寄生振荡波。电路分布参数不确定、辅助运放性能 不良是系统闭环后产生寄生振荡的主要原因。 （2）50Hz工频干扰对测试结果的影响。采样电阻过大会 引起工频干扰。
电压比较器
峰值检波电路
40 kH z ～ 4M Hz 具 有 很 好 的 线 性 度
图10 单位增益带宽测试电路
23
二 设计重点及方法
【9 红外键盘和接收电路】
可以采用专用高灵敏红外接收芯片 HS0038（或ＣX20106），如图11， 将简单现成的电视遥控器SAA3010T 发送的信号解调出来，送入单片机进 行解码。HS0038解调出来的信号是13 位串行数据，码率固定。该红外接收 芯片价格便宜、性能可靠(它接收红外 信号频率为38kHz，周期约26μs)，它 同时对信号进行放大、检波、整形， 得到TTL电平的编码信号，再送给单 片机，经单片机解码并执行，去控制 相关对象。
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四、结束语
（1） 题目看似简单，实现不易；
（2） “自激”处理是关键； （3） 系统设计方案的选择至关重要；
（4） 题目具有很强的“激励性”； （5） 综合性的题目考验综合性的能力；
符合“新世纪素质教育工程”的培养目标。
30
敬请批评指正。 谢谢大家！
2006年7月
31
输入信号为零时输出电压不为零
输入失调电压VIO
输入端反向补偿电压 反映运放内部差分输入级中两个三极管VBE的失配程度 失调电压及其温漂
运放误差
9
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（2）输入失调电流IIO
输入失调电流IIO 集成运放两个输入端的输入电流之间的差值
反映了运放内部差分输入级中两个三极管基极静态电流的失配程度
图3 输入失调电压和输入失调电流测试电路
采用高精确 度和低温漂 的OP07作 为辅助运放， 提高测试电 路增益的稳 定性。
15
二 设计重点及方法
【4 核心测试电路单元电路设计 】
（2）交流差模开环电压增益AVD
V R R AVD 20 lg 1 i f V Ri LO
(dB)
输入端外接电阻比较大时 输入失调电流及其温漂是造成运放误差的主要原因
10
二 设计重点及方法
【2 核心测试电路知识点】
（3）开环差模电压放大倍数Avd 测试方法 直流信号源 低频交流信号
自制信号源提供4v、5Hz的正弦波
辅助运放测试 交流开环 直流闭环 单运放测试
直 流 负 反 馈 交 流 负 反 馈