实验三 集成运算放大器指标测试

实验七集成运算放大器参数的测试一．实验目的1．了解集成运算放大器的主要参数。

2．通过实验，掌握集成运算放大器主要参数的测试方法。

二．预习要求1．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。

2．了解用示波器观察运算放大器传输特性的方法。

3．了解输入失调电压U IO和输入失调电流I IO产生的原因。

三．实验设备名称型号或规格数量示波器日立V—252 1直流稳压电源JWD—2 1函数信号发生器GFG－8020G（或8016G） 1晶体管毫伏表DA—16 1万用表YX—960TR或其它型号 1四．实验内容及测试方法反映集成运算放大器特性的参数主要有以下四大类：输入失调特性、开环特性、共模特性及输出瞬态特性。

1．集成运算放大器的传输特性及输出电压的动态范围的测试运算放大器输出电压的动态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U op-p 当作运算放大器的最大动态范围。

输出电压动态范围的测试电路如图1(a）所示。

图中u i为100Hz正弦信号。

当接入负载R L后，逐渐加大输入信号u i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U op-p就是运算放大器的最大摆幅。

若将u i输入到示波器的X轴，u o输入到示波器的Y轴，就可以利用示波器的X—Y显示，观察到运算放大器的传输特性，如图1 (b) 所示，并可测出U o p-p的大小。

R 1R f u o+15V27U OP-PR2 µA741 6 u o0 u i u i34-15V（a）运算放大器输出电压动态范围的测试电路（b）运算放大器的传输特性曲线图1（图中：R1 = R2 = 1.2kΩ，R f= 20kΩ）U op-p与负载电阻R L有关，对于不同的R L，U op-p也不同。

根据表1，改变负载电阻R L 的阻值，记下不同R L时的U op-p，并根据R L和U op-p，求出运算放大器输出电流的最大摆幅I op-p = U op-p /R L，填入表1中。

运算放大器的指标测试一、实验目的1．加深对集成运算放大器特性和参数的理解。

2．学习集成运算放大器主要性能指标的测试方法。

二、实验内容1．测量输入失调电压V IO 。

2．测量输入失调电流I IO 。

3．测量输入偏置电流I IB 。

4．测量开环差模电压增益A od 。

5．测量最大不失真输出电压幅度V o(max)。

6．测量共模抑制比K CMR 。

7．测量转换速率SR 。

三、实验准备1．了解集成运放μA741的管脚排列。

2．查阅有关资料，找出集成运放μA741主要性能指标的典型数据。

3．理解V IO 、I Io 、A od 、K CMR 、V om 等指标的测试电路的工作原理，选定实验所需仪器，拟定实验步骤。

四、实验原理与说明集成运算放大器是一种高增益的直接耦合放大电路，在理想情况下，集成运放的A od =∞、R i =∞、V IO =0、I IO =0、K CMR =∞。

但是实际上并不存在理想的集成运算放大器。

为了解实际运放与理想运放的差别，以便正确使用集成运放大器，有必要研究其实际特性，并对其主要指标进行测试。

下面介绍的是运放主要指标的简易测试方法。

1．输入失调电压V IO 的测量在常温下，当输入信号为零时，集成运放的输出电压不为零，该输出电压称为输出失调电压。

为了使输出电压回到零，需要在输入端加上反向补偿电压，该补偿电压称为输入失调电压V IO 。

V IO 可能为正，也可能为负。

高质量运放的V IO 一般在1mV 以下。

V IO 的大小主要反映了运放内部差分输入级中两个三极管V BE 的失配程度。

当运放的输入外接电阻（包括信号源内阻）比较小时，失调电压及其温漂往往是引起运放误差的主要原因。

输入失调电压的测试电路如图9.19所示。

电路中R 1和R 3、R 2和R 4的参数应严格对称。

测出输出电压V O1的大小（实测值可能为正，也可能为负），则输入失调电压为：O1211IO V R R R V +=图9.19 V IO 测试电路 2．输入失调电流I IO 的测量在常温下，当输入信号为零时，集成运算放大器两个输入端的输入电流之间的差值称为输入失调电流I IO ，设I BP 和I BN 分别是运放同相输入端和反相输入端的输入电流，则输入失调电流I IO =│I BP －I BN │。

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。

集成运算放大器的参数测量技术集成运放是直接耦合的多级放大器集成制作在一小块芯片上。

其管脚一般有八脚、十四脚等，其封装形式有金属圆壳和双列直插塑封两种形式，双列直插塑封式更为多见。

集成运放不是一个元件，而是一个放大器，其性能优劣和应用范围，也是用相应参数来表示的，这是我们选择和使用集成运放时的主要依据。

集成运放参数的测量方法，主要有搭电路测试和用专的模拟ＩＣ测试仪测量。

这里主要介绍搭电路测运放电路参数的方法。

一、输入失调电压Ｕos的测量一个理想的运算放大器的输人端无信号输入时，输出端的输出电压为零。

但实际上由于制作工艺等方面的原因，运算放大器在输入端无信号输入时，输出端的电压不为零，这相当于在理想运放器的输入端串有一个电压Ｕos ,使Ｕo≠0,Ｕos称为算放大器的失调电压。

即Ｕos是运算放大器内部引起输出电压不为零的因素，折算到输入端的电压，如图１.４—ｌ所示。

≠0图1.４—1失调电压图１.４一２Uos 的测量图１.4一３ＩOS的测量UOS的测试电路很多，这里只介绍其中之一。

电路如图１.4—２所示，运算放大器处于闭环状态，由于U+=U-，此电路可看成是同相放大器，因此ｋf ＝（Ｒ1+Ｒf）／Ｒ1(1.4－１)测试方法：运放不加调零电路，用万用表测出Ｕ。

则Ｕos =Ｕ／ｋf＝Ｒ1／（Ｒ1+Ｒ2）⨯Ｕ（１.４－２）图中Ｒ1=100Ω，Ｒ2=10ｋΩ,则Ｖos＝1／101⨯Ｕ0二、输人失调电流IOS的测量I OS 是指输人信号为零时，两个输入端静态基极电流I b1与 I b2之差。

即I OS ＝I b1－I b2 (1.4－３) 测量时可采取相应电路分别测出I b1和I b2 ，从而获得I OS 。

在这里只介绍一种直接测I OS 方法。

电路如图 １.4—３ 所示。

即在前面测U OS 基础上，在同相、反相端分别串入 Ｒ＝10ｋΩ电阻，用数字万用表（或万用表）测出此时输出电压U 0，则I OS ＝（U 02－U 01）／[]R R R )/1(12+ (1.4－４)其中U 01为上边测U OS 时的U 01。

实验三集成运算放大器的基本运用班级:_计算机科学与技术五班姓名：学号: 520 日期：（2） 由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB =0，称为“虚断”.这说明运放对其前级吸取电流极小.上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

基本运算电路1） 反相比例运算电路电路如图5-1所示.对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为1o F R U U i R =-为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻21//F R R R =图5-1 反相比例运算电路 图5-2 反相加法运算电路2）反相加法电路电路如图5—2所示，输出电压与输入电压之间的关系为01212()F F i i R R U U U RR=-+312////FR RR R =3)同相比例运算电路图5-3（a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系1(1)Fi R U U R=+ 21//FRR R =当1R →∞时，U U i =0，即得到如图5—3（b ）所示的电压跟随器。

图中21R R =用以减小漂移和起保护作用.一般F R 取10K Ω，F R 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性.(a ）同比例运算电路 （b ）电压跟随器图5—3 同相比例运算电路4)差动放大电路（减法器)对于图5-4所示的减法运算电路，当12R R =，3F R R =时，有如下关系)(1210U U RR U i i F -=图5-4 减法运算电路 5—5 积分运算电路tt2、同相比例运算电路1）按图5—3(a)连接实验电路。

实验步骤同内容1，将结果记入表5-2。

2）将图5—3（a ）中的1R 断开，得图5-3（b)电路重复内容1）。

表5-2 i U =0.5V f=100Hz1U （V ） 0U （V ）i U 波形0U 波形v Att实测值计算值3、反相加法运算电路1)按图5-2连接实验电路。

实验三 集成运算放大器的基本应用—— 模拟运算电路一、实验目的1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。

2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验仪器 1．双踪示波器 2．万用表3．交流毫伏表三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

1）反相比例运算电路电路如图11-1所示。

对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i FO U R R U 1-= （11-1）图11-1 反相比例运算电路为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1∥R F 。

2）反相加法电路图11-2 反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3）同相比例运算电路图11-3（a ）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i FO U R R U )1(1+= R 2=R 1∥R F （11-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（b ）所示的电压跟随器。

图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。

一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图11-3 同相比例运算电路4）差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式：)(1120i i U U R RFU -=（11-4）图11-4 减法运算电路5）积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。

在理想化条件下，输出电压U 0等于⎰+-=tCiUdt U RCt U 00)0(1)( （11-5）式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。

图11-5 积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E 的阶跃电压，并设UC(0)=0，则⎰-=-=tt RCEEdt RCt U 001)( （11-6） 此时显然RC 的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R 或C 的值积分波形也不同。

集成运算放大器参数的测试一、实验目的1、进一步加深对运算放大器主要参数的理解及实际运放与理想运放的差异。

2、掌握运算放大器主要参数的测试方法。

二、知识点及涉及内容本实验知识点为集成运放的基本构成、理想运放的性能参数；涉及参数的测试方法。

三、实验仪器示波器、信号源、模拟电路实验箱、万用表。

四、实验原理集成运算放大器是由多级基本放大电路组成的高增益放大器，具有开环增益高、输入电阻大、输出电阻小的特点。

用理想化的条件进行分析，可使得各种运放功能电路的分析变得非常简便和实用，但在实际的应用中，由于运放的非理想特性会对电路产生影响，因此在实际应用中需要掌握集成运放的特性参数，进行合理的选择。

以下是对集成运放的主要特性参数的描述。

1、输入失调特性参数(1)输入偏置电流当输入电压为零时，流入集成运算放大器两个输入端的静态电流的平均值称为输入偏置自流，即。

(2)输入失调电压若输入电压为零，输出电压不为零，则需要在输入端加补偿电压，以使输出为零，这个补偿电压称为输入失调电压。

(3)输入失调电流当输入电压为零时，两个输入电流之差，称为输入失调电流，即。

输入失调电流是一个差值，它的大小与输入偏流有关，输入偏流越小，输入失调电流也就越低。

2、差模特性参数(1)开环差模电压增益是集成运放在开环情况下对差模信号的电压增益。

(2)差模输入电阻和输出电阻是集成运放两个差分输入端间对差模信号的等效动态电阻，是运算放大器开环工作时输出端对地的动态电阻。

(3)最大差模输入电压是运放两输入端之间所能承受的最大差模电压。

若超过此规定值，器件特性将变坏，甚至损坏器件。

(4)频带宽度和单位增益带宽。

和是表征运算放大器小信号频率特性的参数。

当开环差模增益因频率升高而下降时的频率，即为频带宽度。

当开环增益下降到O dB时所对应的频率称为单位增益带宽。

3、共模特性参数(1)共模抑制比是集成运算放大器开环差模电压增益与其共模电压增益之比值的对数值，B。