高端电流检测放大器性能分析 MAX4372 MAX4173 MAX4080文章发布人：gxy 共193人阅读文字大小：[ 大中小 ] 文字背景色：
在讨论器件功能时，检流放大器可以看作一个输入级浮空的仪表/差分放大器。这意味着即使器件采用VCC=3.3V或5V单电源供电，在输入共模电压远高于电源电压的条件下，器件仍然能够正常放大差分输入信号。检流放大器的共模电压可
以很高，例如可以高达28V(MAX4372和MAX4173)或76V(MAX4080和MAX4081)。
检流放大器的这一特性使其非常适合高端电流检测应用，这类应用往往需要对高压侧检流电阻两端的微小电压进行放大，并馈入到低压ADC或低压模拟控制环路进行处理。这种情况下，通常需要在信号源端(例如检流电阻两端)对电流检测信号进行滤波。可以采用差分滤波器(图1)滤除负载电流和检流电压的“毛刺”，也可以采用共模滤波器(图2)以增强在出现共模电压尖峰或瞬时过压时的ESD 保护能力。合理选择元件构建滤波器，如果元件选择不当，则会引入一些无法预知的失调电压和增益误差，降低电路性能。
滤波器的选择
MAX4173检流放大器如图3所示，该器件的检流电阻可直接连接到芯片的RS+和RS-端。器件内部的运算放大器将检流电阻两端的差分电压恢复成RG1两端的差分电压，即
ILOAD×RSENSE=VSENSE=IRG1×RG1。然后，内部电流镜对电流IRG1进行电平转换和放大，产生输出电流IRGD。MAX4173的内部电路中RGD=12kΩ，而RG1=6kΩ。
因此，
由于RGD和RG1为片上电阻，实际阻值会因不同的半导体工艺而产生多达±30%的差异。但是，因为最终增益精度取决于RGD和RG1的比例，所以可以很好地控制增益，并在生产过程中灵活调整。
构建差分/共模滤波器(如图1和图2所示)时，需要在检流电阻的RSENSE+和RSENSE-端与器件的RS+和RS-引脚之间接入串联电阻，此时相当于改变了芯片的RG1和RG2。由上面的等式可知，改变后的RG1将引入增益误差。同时，由于RG1的绝对误差最大可达±30%，因此增益误差最大将达到±30%，由于这种误差的引入是随机的，所以无法控制或估算误差。由此可见，控制增益误差的唯一办法是保证输入串联电阻RSENSE+远远小于RG1。
图1：采用差分滤波器消除负载电流的“毛刺”。
图2：采用共模滤波器改善电压尖峰或出现共模过压时的ESD保护能力。
图3：MAX4173的内部功能框图。
另外，由于输入偏置电流的存在，电阻RG1和RG2之间的不匹配将会引入输入失调电压。根据MAX4173和MAX4372的数据资料，偏置IRS-等于两倍的IRS+，因此与RG1串联的电阻RSERIES+应等于与RG2串联的电阻RSERIES-的两倍，以消除输入失调电压。
综上所述，只有在满足以下条件的情况下，在RS+和RS-引脚之间接入串联电阻后所构成的滤波
器可以获得最佳性能：
1. RSENSE+与RS+之间的串联电阻远小于RG1；
2. RSENSE+与RS+之间的串联电阻应等于RSENSE-与RS-之间的串联电阻的两倍。
注意，由于RSERIES+等于RSERIES-的两倍，应相应增大共模滤波器的电容，以满足交流和瞬态性能的要求。
表1：MAX4173串联电阻的测试结果。
表2：MAX4372串联电阻的测试结果。
表1给出了MAX4173T的实验室测试结果，用于验证上述推论。VOS的最小值和最大值可由数据资料给出的偏置电流的最小值和最大值推算，取RG1=6kΩ±30%用于计算最小值和最大增益误差。同样，表2给出MAX7372F的测试结果(RG1=100kΩ)。最小、最大增益误差以及最小-最大VOS的计算推导如下：
Old Gain
＝Constant×RGD／RG1＝20(T-version MAX4173)
New Gain
＝Constant×RGD／RG1new
＝RG1＋RSERIES+
＝Old Gain×RG1／RG1new
＝20×RG1／(RG1＋RSERIES+)
Gain Error
＝(20－New Gain)／20%
＝RSERIES+／(RG1＋RSERIES+)
Min Gain Error
＝RSERIES+／(1.3×RG1 ＋RSERIES+) Max Gain Error
＝RSERIES+／(0.7×RG1＋RSERIES+) RG1＝6k(MAX4173)
VOS＝IBIAS2×RG2new－IBIAS1×RG1new ＝IBIAS1×((2×RSERIES-)－RSERIES+) IBIAS2＝2×IBIAS1
IBIAS1(min)＝0
IBIAS1(max)＝50uA(MAX4173)
目录 1、设计背景 (1) 2、设计方案选择 (1) 2.1典型的微电流测量方法 (1) 2.1.1开关电容积分法[1] (1) 2.1.2运算放大器法 (2) 2.1.3场效应管+运算放大器法 (2) 2.2总体设计方案 (3) 3、具体设计方案及元器件的选择 (4) 3.1稳流信号源问题 (4) 3.2I/V转换及信号滤波放大 (5) 3.2.1前级放大 (5) 3.2.2滤波及后级放大电路 (6) 3.2.3运算放大器的选取 (6) 3.3量程自动转换 (6) 3.4信号采集处理 (7) 4、软件仿真结果 (8) 5、参考资料 (9)
微电流测试电路设计 1、设计背景 微电流是指其值小于-6 10A的电流,微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术,它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。我们所研究的微电流检测主要针对电力系统中的绝缘材料，因为现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大，电力系统的规模、容量也在不断扩大。而电气设备的绝缘材料往往是电力系统中的重要组成部分，绝缘材料的漏电流情况严重会造成电力系统的重大损失。微电流检测是通过对泄漏电流的测量来评估绝缘材料状况的有效方法。近年来,针对微弱电流的信噪改善比SNIR已能达到1了，目前国内做得比较好的单位是南京大学,其独家生产的ND-501型微弱信号检测实验综合装置己被国内至少76家高等院校使用。但其产品价格昂贵,少则几千元,多则几万元，例如HB-831型pA级电流放大器、HB-834型四通道pA级电流放大器、HB-838型八通道pA级电流放大器的售价分别为4100元/台、13000元/台、22000元/台。所以，研制高精度、寿命长、成本低、电路简单的微电流检测仪具有重要的现实意义及理论参考价值。为了达成目标，我们需要重点考虑以下几个问题： 10 A（本设计要求）的稳流信号源的实现（1）如何获得实验信号，即电流为12 问题； （2）如何将微弱电流信号转换成易于操作的信号； （3）怎样将微弱信号提取放大； （4）如何实现量程的自动转换问题； （5）将实际中的模拟信号转换成数字信号； （6）实现对数字信号的处理和显示。 2、设计方案选择 2.1典型的微电流测量方法 2.1.1开关电容积分法[1] 开关电容式微电流测量方法的前级是在利用开关电容实现电流向电压转换的同时对电压信号进行调制和放大，达到微伏级；后级电路通过选频放大电路实
目前广泛应用的电压型集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络,可实现不同用途的电路,例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多,可适用于不同的场合。 3.2.1 集成运算放大器的分类 按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。 1．通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例μA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。 2．高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般r id＞（109~101 2）Ω,I IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高, 输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。 3．低温漂型运算放大器
在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、 AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。 4．高速型运算放大器 在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率S R一定要高,单位增益带宽BWG一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、μA715等,其S R=5 0~70V/μs,BW G＞20MHz。 5．低功耗型运算放大器 由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C等,其工作电压为±2V~±18V,消耗电流为50~250μA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V,功耗为10μW,可采用单节电池供电。 6．高压大功率型运算放大器 运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏,输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅 助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路,即可输出高电压和大电流。例如D 41集成运放的电源电压可达±150V,μA791集成运放的输出电流可达1A。 3.2.2 正确选择集成运算放大器 集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种器件。在由运算放大器组成的各种系统中,由于应用要求不一样,对运算放大器的性能要求也不一样。
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运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等
电流检测放大器可在1.6V～28V电压范围内工作 智能手机、数码相机、PDA、MP3 播放器、笔记本电脑及其它电池供电 设备对小尺寸、低静态电流和高精度等指标的要求较为严格。Maxim 推出的高 端电流检测放大器MAX9938 可在1.6V～28V 的宽输入电压范围内工作，采用 1mm 乘以1mm 乘以0.6mm、4 焊球UCSP 封装，其尺寸仅为采用SOT23 封装的竞争产品的1/9，比单个电阻还要小12%，是以上应用的理想之选。另外，MAX9938 内置精密电阻，省去了竞争产品中所需的2 个～3 个外部增益设置电阻，从而减小了方案的整体尺寸。 器件采用专有的BiCMOS 工艺，可实现业内最高的精度和最低的静态电流。竞争产品通常具有±2mV～±5mV 的输入失调电压(VOS)、2%～5%的增益误差以及3%～5%的总误差。相比之下，MAX9938 具有极低的VOS(最大值为±0.5mV)、增益误差(最大值为0.5%)和低于1%(最大值) 的总误差。这种高精度特性极大地简化了设计，无需为最差情况下的误差容限 而烦恼。MAX9938 专为功耗敏感的应用而设计，与通常消耗 100μA～500μA 静态电流(IQ)的竞争器件不同，该高精度IC 的最大IQ 仅为1μA。 另外，MAX9938 较低的VOS 允许用户采用更低的满幅VSENSE 电压，故可以采用更小的RSENSE 检流电阻，从而降低了电源上的压降损耗和检流电阻上的功耗，否则将有可能在笔记本电脑的LCD 显示器后面产生一个高热点。其最大500μV 的输入偏置电压将满幅VSENSE 电压降低到 25mV～50mV，在满幅电流测量的情况下使电压降变得很低。 除了小尺寸的UCSP 封装，MAX9938 也提供5 引脚的SOT23 封装。MAX9938 提供3 种电压增益版本(25V/V、50V/V 和100V/V)，所有版本均工作
常用运算放大器型号及功能 型号(规格) 功能简介 兼容型号 CA3130 高输入阻抗运算放大器 CA3140 高输入阻抗运算放大器 CD4573 四可编程运算放大器 MC14573 ICL7650 斩波稳零放大器 LF347 带宽四运算放大器 KA347 LF351 BI-FET 单运算放大器 LF353 BI-FET 双运算放大器 LF356 BI-FET 单运算放大器 LF357 BI-FET 单运算放大器 LF398 采样保持放大器 LF411 BI-FET 单运算放大器 LF412 BI-FET 双运放大器 LM124 低功耗四运算放大器(军用档) LM1458 双运算放大器 LM148 四运算放大器 LM224J 低功耗四运算放大器(工业档) LM2902 四运算放大器 LM2904 双运放大器 LM301 运算放大器 LM308 运算放大器 LM308H 运算放大器（金属封装） LM318 高速运算放大器 LM324 四运算放大器 HA17324,/LM324N LM348 四运算放大器 LM358 通用型双运算放大器 HA17358/LM358P LM380 音频功率放大器 LM386-1 音频放大器 NJM386D,UTC386 LM386-3 音频放大器 LM386-4 音频放大器 LM3886 音频大功率放大器 LM3900 四运算放大器 LM725 高精度运算放大器
229 LM733 带宽运算放大器 LM741 通用型运算放大器 HA17741 MC34119 小功率音频放大器 NE5532 高速低噪声双运算放大器 NE5534 高速低噪声单运算放大器 NE592 视频放大器 OP07-CP 精密运算放大器 OP07-DP 精密运算放大器 TBA820M 小功率音频放大器 TL061 BI-FET 单运算放大器 TL062 BI-FET 双运算放大器 TL064 BI-FET 四运算放大器 TL072 BI-FET 双运算放大器 TL074 BI-FET 四运算放大器 TL081 BI-FET 单运算放大器 TL082 BI-FET 双运算放大器 TL084 BI-FET 四运算放大器
Op Amp Circuit Collection AN-31
Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14
Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20
IA2410高电压，高方向性电流检测放大器 概述 IA2410是完善的，定向，高电压高方向性电流检测放大器可用于便携式电脑，智能电池组、汽车、路由应用等等需电流监测及电流控制回路的电源管理应用产品。IA2410是一款高成本效益、高附加值的电流检测放大器，它对功率要求低且可检测很多种强度的电流。并且采用非常小巧的5脚SOT-23或 8脚SOIC封装。 IA2410通过传感电阻在高电压端测量传输电压。使用小阻值电阻传感器测量大电流同时保证在该电阻上的压降很小。IA2410是单路信号输入，+5V~+36V供电。它的电流输出可由电 R转化为以地为参考的电压。电流放大器系数可通过调节外部电阻的比值来调整。阻 OUT IA2410的一个特点是输出电压与外部温度成正比。可用于温度补偿。因此，在PCB电路中可用IA2410作为廉价的温度传感器。 特性 ●定向高方向性电流检测功能 ●内部集成温度传感器
● 可选择用于温度测量 ● 整个量程精度达到0.2% ● +5V~+36V 供电 ● 90uA 最大电流 ● 9uA 关断电流 ● 工作温度范围-40°C ~ +85°C ● 85dB 的功率抑制 ● 5脚 SOT-23 或 8脚 SOIC 封装 应用 ● 电池充电器 ● 直流电机控制 ● 智能电池组 ● 后备系统 ● 电流控制 内部功能电路图 详细描述 IA2410高方向性电流传感放大器的+5V~+36V 供电输入无需另外的输入管脚，直接从RG1和RG2提供所需电压。见内部功能电路图，IA2410的工作流程大致如下： 从电压源出来的电流在电阻SENSE R 上产生压降SENSE V 。因为LOAD I 相对于流过RG2的电流可以忽略，所以电流检测感应放大器转换的输入电压为RG2管脚2RG V 。
电路结构建议采用典型电路形式和厂商提供的电路，许多电路结构都是经过很多工程师们反复实验和验证过的。采用OP构成的放大器电路的精度主要与外部元器件参数有关，例如放大倍数与外接的电阻有关。 解决放大器的稳定性就比较复杂了，涉及到放大器的电路结构、PCB布局、电源供给、以及放大器所在的系统环境等等、等等。 一些建议如下： 与分立器件相比，现代集成运算放大器（op amp）和仪表放大器（in-amp）为设计工程师带来了许多好处。虽然提供了许多巧妙、有用并且吸引人的电路。往往都是这样，由于仓促地组装电路而会忽视了一些非常基本的问题，从而导致电路不能实现预期功能——或者可能根本不工作放大器电路设计：如何避免常见问题。 （1）最常遇到的一个应用问题是在交流（AC）耦合运算放大器或仪表放大器电路中没有提供偏置电流的直流（DC）回路。在图1中，一只电容器与运算放大器的同相输入端串联以实现AC耦合，这是一种隔离输入电压（VIN）的DC分量的简单方法。这在高增益应用中尤其有用，在那些应用中哪怕运算放大器输入端很小的直流电压都会限制动态范围，甚至导致输出饱和。然而，在高阻抗输入端加电容耦合，而不为同相输入端的电流提供DC通路，会出现问题。 图1 运算放大器AC耦合输入错误的连接形式 （2）在仪表放大器的输出端和ADC的输入端之间通常接一个简单的RC低通抗混叠滤波器以减少带外噪声。RC低通滤波器的典型值：R = 50Ω~ 200Ω，C = 1/(2πR F)，按电路的-3 dB带宽设置C的取值。 （3）当从电源电压利用分压器为放大器提供参考电压时应保证PSR性能 一个经常忽视的问题是电源电压VS的任何噪声、瞬变或漂移都会通过参考输入按照分压比经过衰减后直接加在输出端。实际的解决方案包括旁路滤波以及甚至使用精密参考电压IC 产生的参考电压，例如ADR121，代替Vs分压。
MAX471电流检查电路 摘要：MAX471/MAX472是MAXIM公司生产的精密高端电流检测放大器，利用该器件可以实现以地为参考的电流/电压的转换，本文介绍了用MAX471/472高端双向电流检测技术来实现对电源电流的监测和保护的方法，并给出了直流电源监测与保护的实现电路关键词：高端电流监测I/V转换MAX471 MAX472 1 电源电流检测 长期以来，电源电流的检测都是利用串联的方法来完成的。而对于磁电仪表，一般都必须外加分流电阻以实现对大电流的测量，在量程范围不统一时，分流电阻的选择也不标准，从而影响到测量精度。对于互逆电源，由于测量必须利用转换开并来实现，因而不能随机地跟踪测量和自动识别。 在教学和实验室使用的稳压电源中，为了能够进行电流/电压的适时测量，可用两种方法来实现。一种方法是彩双表法显示，此法虽好，但成本较高，同时体积也较大；另一种方法是采用V/I复用转换结构，这种方法成本低，体积小，因而为大多数电源所采用，但它在测量中需要对电压/电流进行转换显示，也不方便。那么，如何对电源进行自动监测呢？笔者
在使用中发现，稳压电源的电压在初始调节状态时，往往显示出空载，而在接入负载后，则需要适时显示负载电流，因此，利用负载电流作为监测信号来完成I/V的测量转换，可实现一种电量用两种方法表示，并可完成自动监测转换功能。 为了实现I/V的转换，笔者利用MAX271/MAX472集成电路优良的I/V转换特性、完善的高端双向电流灵敏放大器和内置检流电阻来实现对稳压电流电流的检测。 2 MAX471/MAX472的特点、功能 美国美信公司生产的精密高端电流检测放大器是一个系列化产品，有MAX471/MAX472、MAX4172/MAX4173等。它们均有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单地实现以地为参考点的电流/电压的转换，并可工作在较宽的电压和较大的电流范围内。 MAX471/MAX472具有如下特点： ●具有完美的高端电流检测功能； ●内含精密的内部检测电阻（MAX471）； ●在工作温度范围内，其精度为2%； ●具有双向检测指示，可监控充电和放电状态； ●内部检测电阻和检测能力为3A，并联使用时还可扩大检测电流范围； ●使用外部检测电阻可任意扩展检测电流范围（MAX472）； ●最大电源电流为100μA； ●关闭方式时的电流仅为5μA； ●电压范围为3～36V； ●采用8脚DIP/SO/STO三种封装形式。 MAX471/MAX472的引脚排列如图1所示，图2所示为其内部功能框图。表1为 MAX471/MAX472的引脚功能说明。MAX471的电流增益比已预设为500μA/A，由于2kΩ的输出电阻（ROUT）可产生1V/A的转换，因此±3A时的满度值为3V.用不同的ROUT电阻可设置不同的满度电压。但对于MAX471，其输出电压不应大于VRS+-1.5V，对于MAX472，则不能大于VRG-1.5V。
运算放大器电参数测试方法通用集成运算放大器电路测试方法 作者：李雷 一、器件介绍 集成运算放大器（简称运放）是模拟集成电路中较大的一个系列，也是各种电子系统中不可缺少的基本功能电路，它广泛的应用于各种电子整机和组合电路之中。本文主 要介绍通用运算放大器的测试原理和实用测试方法。 1．运算放大器的分类 从不同的角度，运算放大器可以分为多类： 1．从单片集成规模上可分为：单运放（如：OP07A）、双运放(AD712)、四运放 (LM124)。 2．从输出幅度及功率上可分为：普通运放、大功率运放(LM12)、高压运放（OPA445）。 3．从输入形式上可分为：普通运放、高输入阻抗运放(AD515、LF353)。 4．从电参数上可分为：普通运放、高精密运放（例如：OP37A）、高速运放(AD847)等。 5．从工作原理上可分为：电压反馈型运放、电流反馈型运放（AD811）、跨倒运放(CA3180)等。 6．从应用场合上可分为：通用运放、仪表运放（INA128）、音频运放(LM386)、视频运放(AD845)、隔离运放（BB3656）等。 2．通用运放的典型测试原理图（INTERSIL公司）
李雷 第 1 页2008-9-10
运算放大器电参数测试方法 二、电参数的测试方法以及注意事项 一般来说集成运算放大器的电参数分为两类：直流参数和交流参数。直流参数主要包括：失调电压、偏置电流、失调电流、失调电压调节范围、输出幅度、大信号电压增益、电源电压抑制比、共模抑制比、共模输入范围、电源电流十项。交流参数主要包括：大信号压摆率、小信号过冲、单位增益带宽、建立时间、上升时间、下降时间六项。而其中电源电流、偏置电流、失调电流、失调电压、输出幅度、开环增益、电源电压抑制比、共模抑制比、大信号压摆率、单位增益带宽这十项参数反映了运算放大器的精度、 速度、放大能力等重要指标，故作为考核运放器件性能的关键参数。 通常运算放大器电参数的测试分为两种方法：一种是单管测试法，另一种是带辅助放大器的测试方法。尽管单管测试法外围线路较为简单，但由于不同运放各项电参数差异很大，不利于计算机测试系统实现自动测试，故在生产测试中较少采用（有兴趣的人员可参考北京市半导体器件研究所李铭章教授编写的《运算放大器电参数测试方法》）。 为了能采用统一的测量线路实现自动测试，发展了利用辅助放大器进行测试的新方法。 该测试方法具有以下优点：1）被测器件的直流状态能自动稳定，且易于建立测试条件； 2）环路具有较高的增益，有利于微小量的精确测量；3）可在闭环条件下实现开环测试； 4）易于实现不同参数测试的转换，有利于实现自动测试。鉴于运放辅助放大器测试方法所具有的优越性，该方法已被国际电工委员会（IEC）确定为运算放大器测试标准。 我测试中心基于LTX—77 测试系统开发的通用运放测试包也是参考了该标准而设计的（可参考由胡浩同志编写的《运放测试包规范》）。图 1 为运放的辅助放大器测试方法的基本原理图。 图中运放A 为辅助放大器，DUT 为被测运放。辅助放大器应满足以下要求：a．开环增益大于60Db； b．输入失调电流和输入偏值电流应很小； 李雷 第 2 页2008-9-10
CA3130 高输入阻抗运算放大器Intersil[DA TA] CA3140 高输入阻抗运算放大器 CD4573 四可编程运算放大器MC14573 ICL7650 斩波稳零放大器 LF347(NS[DATA])带宽四运算放大器KA347 LF351 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF353 BI-FET双运算放大器NS[DA TA] LF356 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF357 BI-FET单运算放大器NS[DA TA] LF398 采样保持放大器NS[DATA] LF411 BI-FET单运算放大器NS[DATA] LF412 BI-FET双运放大器NS[DA TA] LM124 低功耗四运算放大器( 军用档 ) NS[DATA]/TI[DATA] LM1458 双运算放大器NS[DATA] LM148 四运算放大器NS[DATA] LM224J 低功耗四运算放大器(工业档 ) NS[DATA]/TI[DA TA] LM2902 四运算放大器NS[DATA]/TI[DATA] LM2904 双运放大器NS[DATA]/TI[DA TA] LM301 运算放大器 NS[DATA] LM308 运算放大器 NS[DATA] LM308H运算放大器（金属封装）NS[DATA] LM318 高速运算放大器NS[DATA] LM324(NS[DATA]) 四运算放大器HA17324,/LM324N(TI) LM348 四运算放大器NS[DATA] LM358 NS[DATA]通用型双运算放大器HA17358/LM358P(TI) LM380 音频功率放大器NS[DATA] LM386-1 NS[DATA]音频放大器NJM386D,UTC386 LM386-3 音频放大器NS[DATA] LM386-4 音频放大器NS[DATA] LM3886 音频大功率放大器NS[DATA] LM3900 四运算放大器 LM725 高精度运算放大器NS[DATA] LM733 带宽运算放大器 LM741 NS[DATA]通用型运算放大器HA17741 MC34119 小功率音频放大器 NE5532 高速低噪声双运算放大器TI[DATA] NE5534 高速低噪声单运算放大器TI[DATA] NE592 视频放大器 OP07-CP 精密运算放大器TI[DA TA] OP07-DP 精密运算放大器TI[DATA] TBA820M小功率音频放大器ST[DATA] TL061 BI-FET单运算放大器 TI[DATA] TL062 BI-FET双运算放大器TI[DATA] TL064 BI-FET四运算放大器TI[DATA]
电流检测电路 摘要：MAX471/MAX472是MAXIM公司生产的精密高端电流检测放大器，利用该器件可以实现以地为参考的电流/电压的转换，本文介绍了用MAX471/472高端双向电流检测技术来实现对电源电流的监测和保护的方法，并给出了直流电源监测与保护的实现电路 1 电源电流检测 长期以来，电源电流的检测都是利用串联的方法来完成的。而对于磁电仪表，一般都必须外加分流电阻以实现对大电流的测量，在量程范围不统一时，分流电阻的选择也不标准，从而影响到测量精度。对于互逆电源，由于测量必须利用转换开并来实现，因而不能随机地跟踪测量和自动识别。 在教学和实验室使用的稳压电源中，为了能够进行电流/电压的适时测量，可用两种方法来实现。一种方法是彩双表法显示，此法虽好，但成本较高，同时体积也较大；另一种方法是采用V/I复用转换结构，这种方法成本低，体积小，因而为大多数电源所采用，但它在测量中需要对电压/电流进行转换显示，也不方便。那么，如何对电源进行自动监测呢？笔者在使用中发现，稳压电源的电压在初始调节状态时，往往显示出空载，而在接入负载后，则需要适时显示负载电流，因此，利用负载电流作为监测信号来完成I/V的测量转换，可实现一种电量用两种方法表示，并可完成自动监测转换功能。 为了实现I/V的转换，笔者利用MAX271/MAX472集成电路优良的I/V转换特性、完善的高端双向电流灵敏放大器和内置检流电阻来实现对稳压电流电流的检测。 2 MAX471/MAX472的特点、功能
美国美信公司生产的精密高端电流检测放大器是一个系列化产品，有MAX471/MAX472、MAX4172/MAX4173等。它们均有一个电流输出端，可以用一个电阻来简单地实现以地为参考点的电流/电压的转换，并可工作在较宽的电压和较大的电流范围内。 MAX471/MAX472具有如下特点： ●具有完美的高端电流检测功能； ●内含精密的内部检测电阻（MAX471）； ●在工作温度范围内，其精度为2%； ●具有双向检测指示，可监控充电和放电状态； ●内部检测电阻和检测能力为3A，并联使用时还可扩大检测电流范围； ●使用外部检测电阻可任意扩展检测电流范围（MAX472）； ●最大电源电流为100μA； ●关闭方式时的电流仅为5μA； ●电压范围为3～36V； ●采用8脚DIP/SO/STO三种封装形式。 MAX471/MAX472的引脚排列如图1所示，图2所示为其内部功能框图。表1为MAX471/MAX472的引脚功能说明。MAX471的电流增益比已预设为500μA/A，由于2kΩ的输出电阻（ROUT）可产生1V/A的转换，因此±3A时的满度值为3V.用不同的ROUT电阻可设置不同的满度电压。但对于MAX471，其输出电压不应大于VRS+-1.5V，对于MAX472，则不能大于VRG-1.5V。
通用集成运算放大器电路测试方法 作者：李雷 一、器件介绍 集成运算放大器（简称运放）是模拟集成电路中较大的一个系列，也是各种电子系统中不可缺少的基本功能电路，它广泛的应用于各种电子整机和组合电路之中。本文主 要介绍通用运算放大器的测试原理和实用测试方法。 1．运算放大器的分类 从不同的角度，运算放大器可以分为多类： 1．从单片集成规模上可分为：单运放（如：OP07A）、双运放(AD712)、四运放(LM124)。 2．从输出幅度及功率上可分为：普通运放、大功率运放(LM12)、高压运放（OPA445）。 3．从输入形式上可分为：普通运放、高输入阻抗运放(AD515、LF353)。 4．从电参数上可分为：普通运放、高精密运放（例如：OP37A）、高速运放(AD847)等。 5．从工作原理上可分为：电压反馈型运放、电流反馈型运放（AD811）、跨倒运放(CA3180)等。 6．从应用场合上可分为：通用运放、仪表运放（INA128）、音频运放(LM386)、视频运放(AD845)、隔离运放（BB3656）等。 2．通用运放的典型测试原理图（INTERSIL公司）
二、电参数的测试方法以及注意事项 一般来说集成运算放大器的电参数分为两类：直流参数和交流参数。直流参数主要包括：失调电压、偏置电流、失调电流、失调电压调节范围、输出幅度、大信号电压增益、电源电压抑制比、共模抑制比、共模输入范围、电源电流十项。交流参数主要包括：大信号压摆率、小信号过冲、单位增益带宽、建立时间、上升时间、下降时间六项。而其中电源电流、偏置电流、失调电流、失调电压、输出幅度、开环增益、电源电压抑制比、共模抑制比、大信号压摆率、单位增益带宽这十项参数反映了运算放大器的精度、 速度、放大能力等重要指标，故作为考核运放器件性能的关键参数。 通常运算放大器电参数的测试分为两种方法：一种是单管测试法，另一种是带辅助放大器的测试方法。尽管单管测试法外围线路较为简单，但由于不同运放各项电参数差异很大，不利于计算机测试系统实现自动测试，故在生产测试中较少采用（有兴趣的人员可参考北京市半导体器件研究所李铭章教授编写的《运算放大器电参数测试方法》）。 为了能采用统一的测量线路实现自动测试，发展了利用辅助放大器进行测试的新方法。 该测试方法具有以下优点：1）被测器件的直流状态能自动稳定，且易于建立测试条件； 2）环路具有较高的增益，有利于微小量的精确测量；3）可在闭环条件下实现开环测试； 4）易于实现不同参数测试的转换，有利于实现自动测试。鉴于运放辅助放大器测试方法所具有的优越性，该方法已被国际电工委员会（IEC）确定为运算放大器测试标准。 我测试中心基于LTX—77 测试系统开发的通用运放测试包也是参考了该标准而设计的（可参考由胡浩同志编写的《运放测试包规范》）。图 1 为运放的辅助放大器测试方法的基本原理图。 图中运放 A 为辅助放大器，DUT 为被测运放。辅助放大器应满足以下要求：a．开环增益大于60Db； b．输入失调电流和输入偏值电流应很小；
常用运放芯片实物和引脚功能图_TL081/082/084运放引 脚功能及贴片封装形式 （1）运放芯片的3种型号序列（部分器件有此序列） 如TL081、TL082、TL084，分别为8引脚单运放；8引脚双运放；14引脚四运放集成器件。封装型式一般为塑封双列直插和贴片双列，环列封装形式比较少见。 图1 TL081/082/084运放引脚功能及贴片封装形式 而常见常用，仅为下述两种器件。 世界上有几个人？有两个人，男人和女人，不失为一个智慧的回答。常用运放芯片有几片，只有两片，8脚和14脚的双运放和四运放集成器件（8脚封装单运放器件和环列式封装器件应用较少），把此两种芯片引脚功能记住，检修中就不需要随时去查资料了。
图2 常用运放芯片实物和引脚功能图 如上图。其封装一般为塑封双列直插DIP8/DIP14和塑封贴片工艺封装SO8/SO14两种形式，随着电子线路板小型化精密化要求的提高，贴片元件的应用占据主流，直插式器件逐渐淡出人们的视野。但无论何种封装模式，其引脚功能、次序都是一样的，所以仅需记准8脚（双运放）和14脚（四运放）两种运放的引脚功能就够了。 （2）运放芯片的3种温度序列 任何一种集成IC器件，按应用温度范围不同，都可细分为3种器件，如LM358，实际上有LM158、LM258、LM358三种型号的产品，其引脚功能、内部结构、工作原理、供电电压等等都无差别，仅仅是应用温度范围差异甚大。 LM158 适应工作温度-50℃~125℃，军工用品（1类）； LM258 适应工作温度-25℃~85℃，工业用品（2类）； LM358 适应工作温度0℃~70℃，农用品（3类）。 单看参数，似乎LM258适用于山东地区，若用于东北地区，其参数有些不足。而LM358仅能适用于江南地区。而事实上并非如此，如低于2类品规格参数被淘汰到3类品的器件，可能是-24℃~84℃温度范围
电流检测放大器 VIOUT = AVIOUT x VSENSE 式中，VSENSE为RS+与RS-两端的电压，AVIOUT器件的放大器增益值模拟乘法器，可实时监视负载功率。正比于负载电流的电压加到乘法器的一个输入端，正比于源电压的电压加到另一端。模拟乘法器将两个电压相乘，即可获得正比于负载功率的输出电压。该模拟乘法器仅设计工作于正象限，也就是说，输入和输出总是正电压。POUT的电压输出正比于输出功率： VPOUT = AVPOUT x VSENSE x VRS+内部比较器 (MAX4211)MAX4211具有两个独立的开漏极输出比较器。比较器可以配置为在负载电流或者功耗达到设定门限时进行翻转。比较器还可以配置为具有“线或”输出的窗口比较器。比较器1(COUT1) 具有锁存使能(LE) 和禁止(INHIBIT) 输入控制。当LE为低电平时，比较器为透明模式(其功能与非锁存的标准比较器相同)。当LE为高电平时，比较器输出(COUT1) 锁存。INHIBIT输入为高电平时，比较器会挂起，并且将输出锁存为当前状态。INHIBIT的功能与LE类似，只是具有不同的输入门限和更宽的滞回。INHIBIT的逻辑高门限为1、21V，逻辑低门限为0、6V，并具有0、6V的滞回。INHIBIT在快速RS+瞬变期
间可以避免比较器产生错误的输出。INHIBIT通常由连接至RS+的RC网络来触发。两个比较器在上电时都具有内置的300μs屏蔽周期，以防止错误输出。比较器输出为开漏极，可以上拉至VC C、RS+或者任何低于+28V的电压。LE和INHIBIT由内部1μA 电流源拉低。7、4、2保护硬件接线图图7一10是电源本安保护电路，本安功能的实现和上述芯片原理中介绍的相同，包含三种保护形式，过流保护，过功率保护，上电保护。Rss为电流保护取样电阻，负载电流流经Rss时，在其上产生压降，该电压经内部运放放大，将负载电流转换为一与其成正比的电压输出Iout（第16引脚)，Iout经R46,R47分压后接至内部保护输出比较器1的正向输入端CIN1+，其中R46，R47的配置原则为在额定工作状态下R47两端的压降接近1、2lV，因为比较器的负向输入端接的是内部基准电压1、2lV，即图4、7中的REF管脚。过功率保护分压电阻由R45，R48构成的分压网络构成，其分压原则与电流保护相同。上电保护为由电容E15，电阻R43构成的RC充电回路构成，其保护原理和参数配置原则在芯片介绍中已有详细说明。两个P 沟道MOSFET管Ql，Q2为保护动作用开关管，正常工作时， MAX4211的比较器输出端Cout1，Cout2为低电平，Ql和QZ均能导通，负载正常工作，当其中一种故障发生时，Cout1或Cout2被拉高为高电平，Ql或QZ关断，切断输出，故障切除后，Cout1，Cout2又恢复为低电平，Ql和QZ导通，负载恢复正常工作。
集成运放的性能主要参数及国标测试方法 集成运放的性能可用一些参数来表示。 集成运放的主要参数： 1．开环特性参数 （1）开环电压放大倍数Ao。在没有外接反馈电路、输出端开路、在输入端加一个低频小信号电压时，所测出输出电压复振幅与差动输入电压复振幅之比值，称为开环电压 放大倍数。Ao越高越稳定，所构成运算放大电路的运算精度也越高。 （2）差分输入电阻Ri。差分输入电阻Ri是运算放大器的主要技术指标之一。它是指：开环运算放大器在室温下，加在它两个输入端之间的差模输入电压变化量△V i与由它所引起的差模输入电流变化量△I i之比。一般为10k~3M，高的可达1000M以上。 在大多数情况下，总希望集成运放的开环输入电阻大一些好。 （3）输出电阻Ro。在没有外加反馈的情况下，集成运放在室温下其输出电压变化与输出电流变化之比。它实际上就是开环状态下集成运放输出级的输出电阻，其大小反映 了放大器带负载的能力，Ro通常越小越好，典型值一般在几十到几百欧。 （4）共模输入电阻Ric。开环状态下，两差分输入端分别对地端呈现的等效电阻，称为共模输入电阻。 （5）开环频率特性。开环频率特性是指：在开环状态下，输出电压下降3dB所对应的通频带宽，也称为开环-3dB带宽。 2.输入失调特性 由于运算放大器输入回路的不对称性，将产生一定的输入误差信号，从而限制里运算放大器的信号灵敏度。通常用以下参数表示。 （1）输入失调电压Vos。在室温及标称电源电压下，当输入电压为零时，集成运放的输出电位Vo0折合到输入端的数值，即： Vos=Vo0/Ao 失调电压的大小反映了差动输入级元件的失配程度。当集成运放的输入端外接电阻比较小时。失调电压及其漂移是引起运算误差的主要原因之一。Vos一般在mV级，显然它越小越好。 （2）输入失调电流Ios。在常温下，当输入信号为零时，放大器两个输入端的基极偏置电流之差称为输入失调电流。即： Ios=Ib- — Ib+ 式中Ib-、Ib+为放大器内两个输入端晶体管的基极电流。Ios一般在零点几微安到零点零几微安数量级，其值越小越好。失调电流的大小反映了差动输入级两个晶体管B值的失配程度，当集成运放的输入端外接电阻比较大时，失调电流及其漂移将是运算误差的主要原因。（3）输入失调电流温漂dIos。温度波动对运算放大器的参数是有影响的。如温度变化时，不仅能使集成运放两输入晶体管的基极偏置电流Ib-、Ib+发生变化，而且两者的变化率也不相同。也就是输入失调电流Ios将随温度而变化，不能保持为常数。一般 常用的集成运放的dIos指标如下： ●通用I型低增益运放。在+25℃~+85℃范围约为5~20nA/℃，-40℃~+25℃范围约为 20~50nA/℃。 ●通用Ⅱ型中增益运放。dIos约为5~20nA/℃。 ●低漂移运放。dIos约为100PA/℃ （4）输入失调电压温漂dVos。在规定的工作温度范围内，Vos随温度的平均变化率，即：dVos=△Vos/△T一般为1~50uV/℃，高质量的低于0.5uV。由于该指标不像Vos可
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目 录 22 4其它..................................................................223.3.4其它性能的仿真测试.. (22) 3.3.3最坏情况仿真测试 (21) 3.3.2极限参数仿真测试 (21) 3.3.1工艺容差及温度特性的测试 (21) 3.3运放其它特性参数仿真规范 (21) 3.2.3瞬态参数仿真 (21) 3.2.2交流参数仿真 (20) 3.2.1直流参数仿真 (20) 3.2跨导运放(OTA)性能参数仿真规范 (19) 3.1.4瞬态参数仿真 (18) 3.1.3交流参数仿真 (17) 3.1.2共模输入范围的仿真 (16) 3.1.1直流参数仿真 (16) 3.1全差分运放性能参数仿真规范 (13) 3.2.3瞬态参数仿真 (8) 3.2.2交流参数仿真 (5) 3.2.1直流参数仿真 (5) 3.2双端输入、单端输出运放性能参数仿真规范 (5) 3.1MOS 运算放大器技术指标总表 (5) 3CMOS 运放仿真规范.......................................................42概述...................................................................41前言...................................................................4MOS 运放性能参数仿真规范..................................................表目录 5 表1 MOS 运算放大器技术指标总表.............................................图目录 10图10 共模抑制比仿真电路...................................................10图9 闭环频响曲线.........................................................9图8 幅频、相频曲线图......................................................9图7 开环增益仿真电路......................................................8图6 输出摆幅与负载电阻的关系曲线............................................8图5 输出动态范围的仿真电路.................................................7图4 共模输入范围输出结果参考图..............................................7图3 共模电压输入范围的仿真电路..............................................6图2 Vos 温度特性参考图.....................................................6图1 输入失调电压仿真电路...................................................