集成运算放大器参数的测试标准实验报告

电子科技大学微电子与固体电子学院标准实验报告
课程名称集成电路原理与设计
电子科技大学教务处制表
电 子 科 技 大 学
实 验 报 告
学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点：微固楼335 实验时间：
一、实验室名称： 微电子技术实验室 二、实验项目名称：集成运算放大器参数的测试 三、实验学时：4 四、实验原理：
运算放大器符号如图1所示，有两个输入端。

一个是反相输入端用“-”表示，另一个是同相输入端用“+”表示。

可以是单端输入，也可是双端输入。

若把输入信号接在“-”输入端，而“+”端接地，或通过电阻接地，则输出信号与输入信号反相，反之则同相。

若两个输入端同时输入信号电压为V - 和V + 时，其差动输入信号为V ID = V - - V + 。

开环输出电压V 0=A VO V ID 。

A VO 为开环电压放大倍数。

运算放大器在实际使用中，为了改善电路的性能，在输入端和输出端之间总是接有不同的反馈网络。

通常是接在输出端和反相输入端之间。

图1 运算放大器符号
本实验的重点在于根据实验指导书要求，对开环电压增益、输入失调电压、共模抑制比、电压转换速率和脉冲响应时间等主要运放参数进行测量。

五、实验目的：
运算放大器是一种直接耦合的高增益放大器，在外接不同反馈网络后，就可具有不同的运算功能。

运算放大器除了可对输入信号进行加、减、乘、除、微分、等数学运算外，还在自动控制、测量技术、仪器仪表等各个领域得到广泛应用。

为了更好地使用运算放大器，必须对它的各种参数有一个较为全面的了解。

运算放大器结构十分复杂，参数很多，测试方法各异，需要分别进行测量。

本实验正是基于如上的技术应用背景和《集成电路原理》课程设置及其特点而设置，目的在于：
（1）了解集成电路测试的常用仪器仪表使用方法及注意事项。

（2）学习集成运算放大器主要参数的测试原理，掌握这些主要参数的测试方法。

通过该实验，使学生了解运算放大器测试结构和方法，加深感性认识，增强学生的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。

六、实验内容：
1 ．开环电压增益测量。

2 ．开环输出电阻测量。

3 ．输入失调电压测量。

4 ．共模抑制比测量。

5 ．电压转换速率测量。

6 ．脉冲响应时间测量。

七、实验器材：
（1）直流稳压电源一台
（2）数字双踪示波器*一台
（3）信号发生器一台
（4）实验测试板及连接线一套
（5）常见通用运算放大器IC样品一块
八、实验步骤：
1、首先熟悉数字双踪示波器和信号源的使用，根据指导书要求搭建各参数的测试电路。

注意所选电阻、电容的值，不能确定时要用万用表测量；在测试板上连接测试电路时应注意各运放集成块各管脚的功能，以免连接错误。

2、各参数的测试（1）、开环电压增益
由于开环电压增益 A
V0很大，输入信号V
I
很小，加之输入电压与输出电压之间有相
位差，从而引人了较大的测试误差，实际测试中难以实现。

测试开环电压增益时，都采用交流开环，直流闭环的方法。

测试原理如图2 所示。

图2 开环直流电压增益测试原理图
直流通过R
F
实现全反馈，放大器的直流增益很小，故输入直流电平十分稳定，不需
进行零点调节。

取 C
F 足够大，以满足 R
F
》 l/ C
F
，使放大器的反相端交流接地，以
保证交流开环的目的。

这样只要测得交流信号电压v S和v o，就能得到
（1）在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大无失真的波形。

保持输入电压不变，增加输入电压频率，当输出电压的幅值降低到低频率值的 0.707倍，此时频率为开环带宽。

（2）、输入失调电压V
IO
图3 输入失调电压和失调电流测试原理图
由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，输出电压不为零，称为放大器的失调。

为了使输出电压回到零，就必须在输入端加上一个纠偏电压来补偿这种失
调，这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压，用V
IO 表示。

故V
IO
的定义为
使输出电压为零在两输入端之间需加有的直流补偿电压。

输入失调电压的测量原理如图3所示。

图中直流电路通过 R
I 和 R
F
接成闭合环路。

通常R
I 的取值不超过 100Ω , R
F
》 R
I。

（3）共模抑制比k
CMR
运放应对共模信号有很强的抑制能力。

表征这种能力的参数叫共模抑制比，用k
CMR
表示。

它定义为差模电压增益 A
VD 和共模电压增益A
VC
之比，即
图4 共模抑制比测试原理图
测试原理如图 4所示。

k
CMR
的大小往往与频率有关，同时也与输入信号大小和波形有关。

测量的频率不宜太高，信号不宜太大。

（4）、电压转换速率S
R
的测试
电压转换速率S
R
定义为运放在单位增益状态下，在运放输入端送入规定的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。

图 5 电压转换速率侧试原理图
S R 的测试原理如图 5（a ）所示。

测试时取 R
I
= R
F
，在输入端送入脉冲电压，从
输出端见到输出波形，如图5 (b）所示。

这时可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（下降沿）的恒定变化率区间内，取输出电压幅度∆V
和对应的时间∆t，由计算公式求出
（2）
通常上升过程和下降过程不同，故应分别测出 S R +和S R -。

（5）、脉冲晌应时间的测试（或称为建立时间）
图6 读取响应时间方法
脉冲响应时间包括上升时间，下降时间、延迟时间、和脉动时间等，测试原理仍如图 5（a ）所示，取 R F ＞R I ，R I 远大于信号源内阻、规定的误差带为1%。

读取响应时间方法如图 6 所示。

其中 tr 为上升时间， tf 为下降时间， td (r 为上升延迟时间，td (f 为下降延迟时间。

九、实验数据及结果分析：
1、开环增益
输入V S （mV ）
输出V O （V ）
测试条件
20
6
C F =100uF ，R F =1M Ω，R 2=100K ，R 1=1K
()V V V V R R R A S o VO
43
10
310206100121⨯=⨯⨯=⋅+=-
可得
()
dB A V 90103log 204100≈⨯⋅=
2、输入失调电压
表2输入失调电压测试数据列表
mV V R R
V A V V F
o VF o IO 033.01025.351=⨯-=⋅==
- 3、共模抑制比
表3 共模抑制比测试数据列表
则，共模增益： ()
V V V V A IC OC VC 357.014
.005
.0===
可得其共模抑制比
44
104.8357
.0103⨯=⨯==VC VD CMR
A A K 或 98.5d
B 4、转换速率 表4 转换速率测试数据列表
则
⎪⎭⎫ ⎝⎛==∆∆=
s V s
V
t V S R μμ6.07.64
5、单位增益带宽
得
KHz KHz BW R R BW A GB F V 410411
10
1=⨯=⋅=
⋅= 十、实验结论：
结合课程所学的知识，对μA741双极运算放大器的主要参数进行了测试，熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的测试方法，同时对课程中相关的理论知识有了更深入的认识。

十一、总结及心得体会：
通过本次实验，熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的测试方法，加深了对所学理论知识的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。

十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：
无。

报告评分：
指导教师签字：
评分标准：该实验课程将以一定比例（10%）计入《集成电路原理与设计》课程总分，该实验评分标准为：总分20分，具体如下：。