模电自主实验 - 集成运放参数的测试

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实验名称:集成运放参数测试

1.实验目的

1．通过对集成运算放大器uA741参数的测试，了解集成运算放大器的主要参数及意义 2．掌握运算放大器主要参数的简易测试方法。

2.总体设计方案或技术路线

1．输入失调电压：

理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集成电路器件中，由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象，使得输入为零时，输出不为零。这种输入为零而输出不为零的现象称为失调，为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做输入失调电压，记作U IO 。

输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数：

ud

OO

IO A U U =

式中：U IO — 输入失调电压 U oo — 输入为零时的输出电压值

A ud — 运算放大器的开环电压放大倍数

本次实验采用的失调电压测试电路如图1所示。测量此时的输出电压U O1即为输出失调电压，则输入失调电压

1O F

11

IO U R R R U +=

实际测出的U O1可能为正，也可能为负，高质量的运算放大器U IO 一般在1mV 以下。 测试中应注意： ① 将运放调零端开路；

② 要求电阻R 1和R 2，R 3和R F 的阻值精确配对。 2．输入失调电流I IO

当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为

I IO 。

21B B IO I I I -=

式中：I B1，I B2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。

输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于I B1，I B2本身的数值已很小（uA 或nA 级），因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如图2所示。

在图1基础上将输入电阻R B 接入两个输入端的输入电路中，由于R B 阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，因此，测出两个电阻R B 接入时的输出电压U O2，从中扣除输入失调电压U IO 的影响（即U O1），则输入失调电流I IO 为：

B

F 112O 1O 2B 1B IO R 1

R R R U U I I I ⋅

+⋅

-=-= 一般，I IO 在100nA 以下。 测试中应注意：

①将运放调零端开路。 ②两端输入电阻R B 应精确配对。 3．开环差模放大倍数A ud

集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用A ud 表示。它定义为开环输出电压U O 与两个差分输入端之间所加差模输入信号U id 之比：

id

O

ud U U A =

或

id

O

ud U U A lg

20= （dB ） 按定义A ud 应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而且在开环情况下U O 的漂移量太大，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。A ud 的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图3所示。

被测运放一方面通过R F 、R 1、R 2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移；另一方面通过R F

和R S 实现交流闭环，外加信号U S 经R 1、R 2分压，使U id 足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R 3应与反相输入端电阻R 2相匹配，以减小输入偏置电流影响，电容C 为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为：

i

o

ud U U R R A ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛+=211

A ud 一般约为105

（100dB ）左右。 测试中应注意：

①被测运放要工作在线性状态。

②输入信号频率应较低，一般用50～100HZ ，输出信号幅度应较小，而且无明显失真。 4．共模抑制比K CMR

集成运放的差模电压放大倍数A ud 与共模电压放大倍数A uc 之比称为共模抑制比，记为K CMR 。

uc

ud

CMR A A K =

或

()dB A A K uc

ud CMR lg

20=

式中：A ud —差模电压放大倍数；A uc —共模电压放大倍数。

共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、相位都相等的输入信号，是一种无用的信号。理想运算放大器的输入级是完全对称的，其共模电压放大倍数为零，所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输入信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。但在实际的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍数不可能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。用共模抑制比K CMR 来衡量集成运算放大器对共模信号的抑制能力。K CMR 愈大，对共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。K CMR 的测试电路如图4所示。为了便于测试，采用闭环方式。

集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数，根据使用的电阻值，用下面公式计算：

1

F

d R R A -

= 使用图4的电路可测得共模输入信号U ic 和共模输出信号U oc ，根据测得的U ic 、U oc 值用下式计算出共模电压放大倍数：

ic

oc

c U U A =

由A d 和A c 计算得共模抑制比：