运放测试电路
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运放电流采样电路原理
运放电流采样电路的原理是:利用一个适当的电阻作为取样电阻,将电流的变化转化为电压的变化,再通过运放将取样电阻上的电压值放大,从而计算出电流的大小。
具体来说,当电流流过取样电阻时,电阻两端的电压将产生变化,此时运放将这个电压放大,同时根据欧姆定律,运放输出的电压将与电阻上的电流成正比,因此可以通过测量输出电压来计算电流的大小。
运放电流采样电路通常用于对电路中的电流进行监测和控制。
在这种电路中,取样电阻通常设置为一个已知的值,并且电流流过电阻时会产生一个电压降。
这个电压降被运放放大后,可以用于计算电流的大小。
具体来说,当电流流过取样电阻时,电阻两端的电压将产生变化,此时运放将这个电压放大,同时根据欧姆定律,运放输出的电压将与电阻上的电流成正比,因此可以通过测量输出电压来计算电流的大小。
此外,为了提高电路的精度和稳定性,通常会在运放电路之后添加一个由精密电阻和电容组成的滤波电路,以便去除噪声和干扰。
同时,为了防止电路中的电流过大而烧毁取样电阻和运放,有时也会在电路中添加一个限流保护电路。
两个差分运算放大器构成的电压测量电路差分运放(差分放大器)是一种常用的电路,在电压测量和信号放大中发挥着重要的作用。
它由两个差分输入端和一个差分输出端组成。
差分运放具有以下特点:输入电压不受地的影响,具有较高的共模抑制比,可实现电压增益调节和相位反转等功能。
本文将介绍两个差分运放构成的电压测量电路。
首先,我们来了解一下差分运放的基本原理。
差分运放的输入端一般分别连接两个输入信号v1和v2,输出端连接负反馈电阻。
当v1>v2时,输出将产生一个正电压;当v2>v1时,输出将产生一个负电压。
通过调节差分放大器的电压增益和负反馈电阻的大小,可以实现对输入信号的放大和测量。
在电压测量电路中,可以将差分运放器用于测量两个信号之间的差异。
下面将介绍两种常见的具体电路。
1.基础差分放大器电路基础差分放大器电路由两个差分运放器和若干电阻组成。
其基本原理是将待测电压与已知电压做差,然后将差值放大到合适的范围进行测量。
具体电路如下图所示:(插入图1)其中,V1和V2分别为待测电压和已知电压,R1和R2为电阻。
当输入电压相等时,根据基本电路理论,输出电压为零。
当输入电压不相等时,输出电压将产生。
假设V1>V2,根据差分放大器工作原理,输出电压为Vo=G(V1-V2),其中G为增益。
通过调节电阻的大小和电压增益,可以将输出电压放大到合适的范围。
如果我们选取G=1,那么输出电压将等于输入电压之差。
2.单电源差分放大器电路单电源差分放大器电路可以用于测量交流信号的差异。
它由两个使用单电源电源供电的差分运放器和若干电阻组成。
具体电路如下图所示:(插入图2)其中,V1和V2分别为交流信号和参考电压,Vcc为正电源电压,G为增益。
在这个电路中,我们需要将输入信号偏置到差分放大器的工作范围内。
为了实现这一目标,我们需要对输入信号进行偏置。
调整电阻的值和电压增益,可以使输出电压范围与信号范围相匹配。
通过选取适当的电阻和电压增益,我们可以将输入信号放大到合适的范围,并在测量中获得精确的结果。
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。
实验五 集成运算放大器的参数测试一、实验目的1、学会集成运放失调电压U IO 的测试方法。
2、学会集成运放失调电流I IO 的测量方法。
3、掌握集成运放开环放大倍数Aod 的测量方法。
4、学会集成运放共模抑制比K CMR 的测试方法。
二、实验仪器及设备1、DZX-1B型电子学综合实验台 一台2、XJ4323 双踪示波器 一台3、集成运放 uA741 一片 三、实验电路1、测量失调电压U IO 。
2、测量失调电流I IO 。
I IO =RR R U U O O ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-12121式中的U O1为测失调电压U IO 时的U O1 ,U O 2 为下面电路中测得的U O 。
U IO =211R R R+U O1R2 5.1KR2 5.1K3、测量开环放大倍数Aod 。
4、共模抑制比K CMR 。
注意:Ui 必须小于最大共模输入电压U iCM =12V四、实验内容及步骤 1、测量失调电压U IO(1) 按图接好电路,检查电路无误后接通电源,用示波器观察输出Uo 有无振荡,若有振荡,应采用适当措施加以消除。
(2) 测量输出电压,记做U O1,并计算失调电压U IO 。
2、测失调电流I IO(1) 按图接好电路,检查电路无误后接通电源,用示波器观察输出Uo 有无振荡,若有振荡,应采用适当措施加以消除。
(2) 测量输出电压,记做U O2,并计算失调电流I IO 。
3、测量开环放大倍数Rf 5.1KA Od =UiR R R U O 323+URf 5.1KK CMR = OCO A A d=UoU R R F i1•(1) 按图接好电路,接通电源。
(2) 在输入端加入Us =1V ,f =20Hz 的交流信号,用毫伏表测量Uo 和Ui ,计算出Aod 。
4、测量共模抑制比(1) 按图接好电路,接通电源。
(2) 在输入端加入一定幅值的频率为20Hz 的交流信号,用毫伏表测量Uo 和Ui ,计算出K CMR 。
运放参数解析定义大全一、单位增益带宽GB单位增益带宽定义为:运放的闭环增益为1倍条件下,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db(或是相当于运放输入信号的0.707)所对应的信号频率。
单位增益带宽是一个很重要的指标,对于正弦小信号放大时,单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积,换句话说,就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增益后,可以计算出单位增益带宽,用以选择合适的运放。
这用于小信号处理中运放选型。
二、运放的带宽是表示运放能够处理交流信号的能力对于小信号,一般用单位增益带宽表示。
单位增益带宽,也叫做增益带宽积,能够大致表示运放的处理信号频率的能力。
例如某个运放的增益带宽=1MHz,若实际闭环增益=100,则理论处理小信号的最大频率1MHz/100=10KHz。
对于大信号的带宽,即功率带宽,需要根据转换速度来计算。
对于直流信号,一般不需要考虑带宽问题,主要考虑精度问题和干扰问题。
1、运放的带宽简单来说就是用来衡量一个放大器能处理的信号的频率范围,带宽越高,能处理的信号频率越高,高频特性就越好,否则信号就容易失真,不过这是针对小信号来说的,在大信号时一般用压摆率(或者叫转换速率)来衡量。
2、比如说一个放大器的放大倍数为n倍,但并不是说对所有输入信号的放大能力都是n倍,当信号频率增大时,放大能力就会下降,当输出信号下降到原来输出的0.707倍时,也就是根号2分之一,或者叫减小了3dB,这时候信号的频率就叫做运放的带宽。
3、当输出信号幅度很小在0.1Vp-p以下时,主要考虑增益带宽积的影响。
就是Gain Bandwidth=放大倍数*信号频率。
当输出信号幅度很大时,主要考虑转换速率Sr的影响,单位是V/uS。
在这种情况下要算功率带宽,FPBW=Sr/2πVp-p。
也就是在设计电路时要同时满足增益带宽和功率带宽。
三、运放关于带宽和增益的主要指标以及定义1、开环带宽:开环带宽定义为,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db(或是相当于运放的直流增益的0.707)所对应的信号频率。
集成运放电路测试方法集成运放电路是现代电子技术中常用的一种电子组件,它具有放大信号、运算、滤波和线性调节等功能。
在实际应用中,为了保证集成运放电路的正常工作,需要进行测试。
本文将介绍集成运放电路的测试方法。
进行集成运放电路的静态测试。
静态测试主要是对集成运放电路的静态参数进行检测,如输入偏置电流、输入偏置电压、共模抑制比等。
这些参数对于集成运放电路的放大和运算性能有重要影响。
静态测试可以通过使用万用表或示波器等仪器进行测量。
在测量过程中,需要注意保持测试环境的稳定,避免干扰因素对测试结果的影响。
进行集成运放电路的动态测试。
动态测试主要是对集成运放电路的动态参数进行检测,如增益带宽积、相位裕度等。
这些参数对于集成运放电路的频率响应和稳定性有重要影响。
动态测试可以通过使用信号源和示波器等设备进行测量。
在测量过程中,需要注意选择适当的测试信号,并保持测试环境的稳定,避免干扰因素对测试结果的影响。
还可以进行集成运放电路的输入输出特性测试。
输入输出特性测试主要是对集成运放电路的输入输出特性进行检测,如输入电压范围、输出电压范围、输出电流能力等。
这些参数对于集成运放电路的应用范围和工作性能有重要影响。
输入输出特性测试可以通过使用信号源和示波器等设备进行测量。
在测量过程中,需要注意选择适当的测试信号,并保持测试环境的稳定,避免干扰因素对测试结果的影响。
还可以进行集成运放电路的温度测试。
温度测试主要是对集成运放电路的温度特性进行检测,如温度漂移、温度稳定性等。
这些参数对于集成运放电路在不同温度环境下的工作性能有重要影响。
温度测试可以通过使用温度控制箱和示波器等设备进行测量。
在测量过程中,需要注意控制温度的稳定性,并保持测试环境的稳定,避免干扰因素对测试结果的影响。
还可以进行集成运放电路的可靠性测试。
可靠性测试主要是对集成运放电路的长期工作能力进行检测,如寿命、可靠性等。
这些参数对于集成运放电路的使用寿命和可靠性有重要影响。
LM324运放参数测试整体方案总体框图如上所示,现对各部分做以下说明:一.运放测试电路基于GB3442-82标准测量运算放大器参数的原理,采用直流参数测试法即辅助运放测试法可直接测得输入电压失调参数,输入电流失调参数。
对于交流差模开环电压增益,共模抑制比及单位增益带宽,需要提供交流信号源。
故设计了信号源产生模块。
二.信号源产生模块要测交流差模开环电压增益和共模抑制比,只需提供一低频且幅值稳定的交流信号即可。
此交流信号可由FPGA内部DDS提供。
测单位贷款增益时,需要一范围较大的扫频信号,可由DDS专用集成芯片AD985产生。
三.带宽增益控制当测得的输出幅值为输入幅值的0.707倍即-3dB时停止扫频,该点频率即为单位增益带宽。
因此需设计一个幅值测量电路,基于交流信号有效值定义式,采用模拟电路实现,典型有效值检测器件如AD637。
四.测试参数选择可手动选择(由于模拟电路中电导电容等的影响,测量参数误差较大),也可自动选择。
采用继电器,可通过单片机送控制字的方式来选择测哪个参数。
五.数据采集及处理可利用单片机AD转换功能采集所需数据,处理时由于信号杂质的影响,且有用信号弱,需要对数据进行滤波及放大。
最后以数字的方式在LCD上显示出来。
通过键盘可控制单片机是否工作。
备注:此种设计方案比较传统,没有亮点。
原因有:1,没有发挥出FPGA的强大优势,2,软件主要靠单片机的编程,使得复杂度增加3,人机交互界面不够友好4,继电器的设计使系统测试更方便,但是增加了电路的冗杂。
集成运放电路的组装与测试实验总结:组装电路集成实验测试集成运放电路分析集成运放电路实验报告集成运放四个组成部分篇一:5集成运放电路实验报告实验报告姓名:学号:日期:成绩: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、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特性在大多数情况下,将运放视为理想运放,就是将运放的各项技术指标理想化,满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益Aud=∞输入阻抗ri=∞输出阻抗ro=0 带宽fBW=∞失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性:(1)输出电压UO 与输入电压之间满足关系式UO=Aud(U+-U-)由于Aud=∞,而UO为有限值,因此,U+-U-≈0。
即U+≈U -,称为“虚短”。
(2)由于ri=∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即IIB =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6-1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UO??RFUiR1为了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R2=R1 //RF。
图6-1 反相比例运算电路图6-2 反相加法运算电路2) 反相加法电路电路如图6-2所示,输出电压与输入电压之间的关系为UO??(RFRUi1?FUi2) R3=R1 // R2 // RF R1R23) 同相比例运算电路图6-3(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UO?(1?RF)Ui R2=R1 // RF R1当R1→∞时,UO=Ui,即得到如图6-3(b)所示的电压跟随器。
实验七集成运算放大器指标测试一、实验目的1、掌握运算放大器主要指标的测试方法。
2、通过对运算放大器μA741指标的测试,了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。
二、实验原理集成运算放大器是一种线性集成电路,和其它半导体器件一样,它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。
为了正确使用集成运放,就必须了解它的主要参数指标。
集成运放组件的各项指标通常是由专用仪器进行测试的,这里介绍的是一种简易测试方法。
本实验采用的集成运放型号为μA741(或F007),引脚排列如图7-1所示,它是八脚双列直插式组件,②脚和③脚为反相和同相输入端,⑥脚为输出端,⑦脚和④脚为正、负电源端,①脚和⑤脚为失调调零端,①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。
⑧脚为空脚。
1、μA741主要指标测试图7-1 μA741管脚图图7-2 U0S、I0S测试电路1)输入失调电压U 0S理想运放组件,当输入信号为零时,其输出也为零。
但是即使是最优质的集成组件,由于运放内部差动输入级参数的不完全对称,输出电压往往不为零。
这种零输入时输出不为零的现象称为集成运放的失调。
输入失调电压U 0S 是指输入信号为零时,输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。
失调电压测试电路如图7-2所示。
闭合开关K 1及K 2,使电阻R B 短接,测量此时的输出电压U 01 即为输出失调电压,则输入失调电压O1F11OS U R R R U +=实际测出的U 01可能为正,也可能为负,一般在1~5mV ,对于高质量的运放U 0S 在1mV 以下。
测试中应注意:a 、将运放调零端开路。
b 、要求电阻R 1和R 2,R 3和R F 的参数严格对称。
2)输入失调电流I 0S输入失调电流I 0S 是指当输入信号为零时,运放的两个输入端的基极偏置电流之差,B2B1OS I I I -=输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度,由于I B1 ,I B2 本身的数值已很小(微安级),因此它们的差值通常不是直接测量的,测试电路如图7-2所示,测试分两步进行a 、 闭合开关K 1及K 2,在低输入电阻下,测出输出电压U 01 , 如前所述,这是由输入失调电压U 0S 所引起的输出电压。
实验九运算放大器的基本运算电路(一)一、实验目的1、了解运算放大器的基本使用方法2、应用集成运放构成基本的运算电路,测定它们的运算关系3、学会使用线性组件u A741二、实验电路运算放大器有三种连接方式:反相、同相、和差动输入,本实验主要做比例运算。
三、实验内容及步骤首先将元件在模拟实验机上连接好电路,经检查无误后,方可接通电源(建议为±12V)。
1、调零:在实验仪上连成图9-1所示电路,接通电源后,调节零电位器R W,使输出V O=0,运放调零后,在后面的实验中均不用调零了。
图9-12、反相比例运算:电路如图9-2所示:根据电路参数计算A=V0 /V i=?按给定的V i值计算和测量对应的V0值,把结果记入表9-1中图9-2V i0.3V 0.5V 0.7V 1.0V 1.1V 1.2V 理论值V0实测值V0放大倍数 A3、同相比例运算:电路图如下:图9-3根据电路参数,按给定的V i值和测量出对应不同V i值的V O值,把计算结果和实测数据记入表9-2中表9-2V i0.3V 0.5V 0.7V 1.0V 1.1V 1.2V 理论值V0实测值V0放大倍数 A四、实验设备:1、实验板2、示波器3、信号发生器4、毫伏表5、数字万用表五、实验报告1、整理实验报告,填写表格。
2、分析各运算关系实验十 运算放大器的基本运算电路(二)一、实验目的掌握加法运算,减法运算的基本工作原理及测试方法二、实验内容1、加法运算电路图如下:图10-1V i1V i2首先将元件在模拟实验机上连接好电路,经检查无误后,方可接通电源(建议为±12V )。
检测几组不同的V i1和V i2的值,对应的输出电源V O 值,验证: 1212V ()f f O i i R R V V R R =−+,312////f R R R R =将计算结果及测试的值填入表10-1中 表10-1输入信号V i1 0V 0.3V 0.5V 0.7V 0.6V 0.5V 输入信号V i2 0.3V 0.2V 0.3V 0.4V 0.4V 0.5V 理论值V 0实测值V 0 2减法运算:电路图如图10-2所示:图10-2V i1V按上图在实验机连接好电路,经检查无误后方可接通电源,然后在输入端给入几组不同的V i2和V i2的值,测量出对应的输出V O 的值,验证:2112V f f O i i R R V V R R =− 21R R = 4R f R =表10-2输入信号V i1 1.0V 0.7V 0.6V 0.5V 0.3V 0.2V 输入信号V i2 1.2V 1.0V 0.8V 0.6V 0.5V 0.4V 理论值V0实测值V0三、实验设备:1、实验板2、示波器3、信号发生器4、毫伏表5、数字万用表四、实验报告1、整理实验报告,填写表格。
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。
(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。
表1R L U op-p I op-p= U op-p / R LR L = ∞R L = 1 kΩR L = 100Ω运算放大器的U op-p除了与负载电阻R L有关外,还与电源电压以及输入信号的频率有关。
随着电源电压的降低和信号频率的升高,U op-p将降低。
如果示波器显示出运算放大器的传输特性,即表明该放大器是好的,可以进一步测试运算放大器的其它几项参数。
2.集成运算放大器的输入失调特性及其测试方法集成运算放大器的基本电路是差分放大器。
由于电路的不对称性必将产生输入误差信号。
这个误差信号限制了运算放大器所能放大的最小信号,即限制了运算放大器的灵敏度。
这种由于直流偏置不对称所引起的误差信号可以用输入失调电压U IO、输入偏置电流I B、输入失调电流I IO及它们的温度漂移来描述。
(1)输入失调电压U IO的测试一个理想的运算放大器,当两输入端加上相同的直流电压或直接接地时,其输出端的直流电压应等于零。
但由于电路参数的不对称性,输出电压并不为零,这种现象称为运算放大器的零点偏离或失调,为了使放大器的输出端电压回到零,必须在放大器的输入端加上一个电压来补偿这种失调。
所加电压的大小称为该运算放大器的失调电压,用U IO表示。
显然U IO 越小,说明运算放大器参数的对称性越好。
分析表明,运算放大器的U IO主要取决于输入级差分对管U be 的对称性,U IO 一般 R 1 R为0.5 ∼ 5mV 。
失调电压的测试电路如图2所示。
用 万用表(最好是数字万用表)测出其输出 U o 电压U o ,则输入失调电压U IO 可由下式计 算: o fIO U R R R U ⋅+=11 (1) 图2 输入失调电压测试电路 (2)输入失调电流的测试 (图中:R 1=100Ω,R f = 100k Ω )输入端偏置电流I B 是指输出端为零电平时,两输入端基极电流的平均值,即:I B =(I B++I B −)∕2式中I B+ 为同相输入端基极电流,I B − 为反相输入端基极电流。
当电路参数对称时,I B+ = I B − 。
但实际电路中参数总有些不对称,其差值称为运算放大器的输入失调电流,用I IO 表示:I IO = I B+ − I B −显然,I IO 的存在将使输出端零点偏离,信号源阻抗越高,失调电流的影响越严重。
输入失调电流主要是由于构成差动输入级的两个三极管的β值不一致引起的。
I IO 一般为1nA ∼ 10µA ,其值越小越好。
失调电流的测试电路与图2相同。
用万用表分别测量同相端3对地的电压U 3及反相端2对地的电压U 2 ,则输入失调电流I IO 可由下式计算:22R U R U I I I S S B B IO −=−=−+ (2) 输入失调电压U IO 和输入失调电流I IO 称为运算放大器的静态性能参数。
3.运算放大器的开环特性及其测试方法反映运算放大器开环特性的参数主要有:开环电压增益A uo 、输入阻抗R i 、输出阻抗R o 及增益带宽积。
(1)开环电压增益A uo 的测试 u o开环电压增益A uo 是指运算放大器 没有反馈时的差模电压增益,即运算放 大器的输出电压U o 与差模输入电压U i之比值。
开环电压增益通常很高,因此 图3 开环电压增益的测量电路只有在输入电压很小(几百微伏)时,才能保证输出波形不失真。
但在小信号输入条件下测试时,易引入各种干扰,所以采用闭环测量方法较好。
测试开环电压增益A uo 的电路如图3所示(图中R 1 = R f = 51k Ω,R 2 = R P = 51Ω,R 3 = 1k Ω,C = 47µF )。
选择电阻(R 1 + R 2)>>R 3,则开环电压增益A uo 为:221'R R R U U U U A i o i ouo +⋅== (3) 用毫伏表分别测量U o 及U i ,由上式算出开环电压增益A uo 。
测量时,交流信号源的输出频率应小于100Hz ,并用示波器监视输出波形,若有自激振荡,应进行相位补偿、消除振荡后才能进行测量。
u i 的幅度不能太大,一般取几十毫伏。
(2) 增益带宽积的测试 R f运算放大器可以工作在零频率 (即直流),因此它在截止频率f c 处的电压增益比直流时的电压增益 低3dB ,故运算放大器的带宽BW 就等于截止频率f c 。
增益越高, 带宽越窄,增益带宽积A uo ·BW =常数,当电压放大倍数等于1时, 对应的带宽称为单位增益带宽。
图4 增益带宽积测量电路增益带宽积的测试电路如图4所示:其中信号源用来输出U i = 100mV 的正弦波,示波器用来观测放大器的输入与输出波形。
首先取表2中第一组阻值R f = R 1 = 10k Ω,测量放大器的单位增益带宽。
当信号源的输出频率由低逐渐增高时,电压增益A uo = U o / U i = 1应保持不变。
继续增高频率直到A ´uo = 0.707 A uo 时所对应的频率就是运算放大器电压放大倍数等于1时的带宽,即单位增益带宽。
再取表中第二、第三组数据,分别测出不同电压增益A uo 时的带宽BW ,通过计算求出增益带宽积A uo ·BW 。
实验结果表明:增益增加时,带宽减小,但增益带宽积不变(可能存在测量误差)。
因此运算放大器在给定电压增益下,其最高工作频率受到增益带宽积的限制,应用时要特别注意。
表2 增益带宽积测量值R fR 1A uo BW A uo ·BW 110k Ω 10k Ω 2100k Ω 10k Ω 31M Ω 10k Ω(3)开环输入阻抗的测试运算放大器的开环输入阻抗R i 信号时,两输入端之间的等效阻抗。
开环输入阻抗的测试电路如图5示。
其中信号源为输出电压U S = 1V 频率f i = 100Hz R W 直到U i = U S /2 端),测量其阻值R ,则输入阻抗R i 吸取的电流就越小。
(4)开环输出阻抗的测试运算放大器开环输出阻抗R o 的 测试电路如图6所示,选取适当的 R f 、C f 和测试频率使运算放大器工 作在开环状态。
先不接入R L ,测出 其输出电压U o ;保持U i 不变,然后 图6 输出阻抗测试电路(图中R 1 = R 2 = 51Ω, 接上R L ,再测出此时的U oL (注意保 R f = 100k Ω,R L = 100Ω,C = C f = C ′f = 47µF ) 持输出波形不失真),按下式求出R o :L oL o o R U U R ⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=1 (4) 为了减小测量误差,应取R L ≈ R o 。
运算放大器的输出阻抗(开环)一般为几十至几千欧姆。
4. 共模抑制比的测试 集成运算放大器是一个双端输入、 单端输出的高增益直接耦合放大器。
因此,它对共模信号有很强的抑制能 u o 力,电路参数越对称,共模抑制能力 越强。
共模抑制比CMRR 等于运算放 大器的差模电压放大倍数A ud 与共模。
电压放大倍数A uc 之比。
一般用dB 图7 共模抑制比的测试电路(图中表示其单位。
R 1 = R 2 = 100Ω,R 3 = R f = 100k Ω))(lg 20dB A A CMRR ucud = (6) 共模抑制比的测试电路如图7所示。
其中信号源输出频率为100Hz ,电压U i = 2V (有效值)的正弦波。
用毫伏表测量输出电压U o ,则放大器的差模电压增益为:1R R A f ud =共模电压增益为: io uc U U A = 将A ud 和A uc 的值代入式(5)就可以算出共模抑制比CMRR 。
5. 输出波形的瞬态特性及其测试方法 R f当运算放大器工作在大信号和开关状 态(如用作比较器)时,仅知道其频率特 性是不够的,还必须了解电路的瞬态特性。
运算放大器的瞬态特性主要通过转移速率 S 和建立时间来描述。
(1)转移速率S R 的测试 转移速率是指运算放大器在大幅度阶跃信号的作用下输出信号所能达到的最大 图8 (a) 转移速率的测试电路 变化率,单位为V/µS 。
影响运算放大器转 (图中R 1 = R f = 10k Ω,R P = R 1 //R f )移速率的主要因素是放大器的高频特性和 相位补偿电容。
一般补偿电容越大转移速率越慢。
对正弦信号而言,S R 决定了放大 t 器在高频时所能达到的最大不失真幅度U omax : maxmax 2f S U R o π= 对脉冲信号而言,S R 就决定了输出波形所能达到的上升和下降时间。
转移速率 t 的测试电路如图8(a) 所示,信号源输出 10kHz 的方波,电压U i 的峰—峰值为5V 。