集成運(yùn)放的主要參數(shù)以及測(cè)試方法

1、 集成運(yùn)放的性能主要參數(shù)及國標(biāo)測(cè)試方法集成運(yùn)放的性能可用一些參數(shù)來表示。集成運(yùn)放的主要參數(shù)：1 開環(huán)特性參數(shù)（1） 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao。在沒有外接反饋電路、輸出端開路、在輸入端加一個(gè)低頻小信號(hào)電壓時(shí)，所測(cè)出輸出電壓復(fù)振幅與差動(dòng)輸入電壓復(fù)振幅之比值，稱為開環(huán)電壓放大倍數(shù)。Ao越高越穩(wěn)定，所構(gòu)成運(yùn)算放大電路的運(yùn)算精度也越高。（2） 差分輸入電阻Ri。差分輸入電阻Ri是運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。它是指：開環(huán)運(yùn)算放大器在室溫下，加在它兩個(gè)輸入端之間的差模輸入電壓變化量Vi與由它所引起的差模輸入電流變化量Ii之比。一般為10k3M，高的可達(dá)1000M以上。在大多數(shù)情況下，總希望集成運(yùn)放的開環(huán)輸入電

2、阻大一些好。（3） 輸出電阻Ro。在沒有外加反饋的情況下，集成運(yùn)放在室溫下其輸出電壓變化與輸出電流變化之比。它實(shí)際上就是開環(huán)狀態(tài)下集成運(yùn)放輸出級(jí)的輸出電阻，其大小反映了放大器帶負(fù)載的能力，Ro通常越小越好，典型值一般在幾十到幾百歐。（4） 共模輸入電阻Ric。開環(huán)狀態(tài)下，兩差分輸入端分別對(duì)地端呈現(xiàn)的等效電阻，稱為共模輸入電阻。（5） 開環(huán)頻率特性。開環(huán)頻率特性是指：在開環(huán)狀態(tài)下，輸出電壓下降3dB所對(duì)應(yīng)的通頻帶寬，也稱為開環(huán)-3dB帶寬。2.輸入失調(diào)特性由于運(yùn)算放大器輸入回路的不對(duì)稱性，將產(chǎn)生一定的輸入誤差信號(hào)，從而限制里運(yùn)算放大器的信號(hào)靈敏度。通常用以下參數(shù)表示。（1） 輸入失調(diào)電壓Vos。

3、在室溫及標(biāo)稱電源電壓下，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，集成運(yùn)放的輸出電位Vo0折合到輸入端的數(shù)值，即： Vos=Vo0/Ao失調(diào)電壓的大小反映了差動(dòng)輸入級(jí)元件的失配程度。當(dāng)集成運(yùn)放的輸入端外接電阻比較小時(shí)。失調(diào)電壓及其漂移是引起運(yùn)算誤差的主要原因之一。Vos一般在mV級(jí)，顯然它越小越好。（2） 輸入失調(diào)電流Ios。在常溫下，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器兩個(gè)輸入端的基極 偏置電流之差稱為輸入失調(diào)電流。即： Ios=Ib- Ib+式中Ib-、Ib+為放大器內(nèi)兩個(gè)輸入端晶體管的基極電流。Ios一般在零點(diǎn)幾微安到零點(diǎn)零幾微安數(shù)量級(jí)，其值越小越好。失調(diào)電流的大小反映了差動(dòng)輸入級(jí)兩個(gè)晶體管B值的失配程度，當(dāng)集成運(yùn)放的輸入

4、端外接電阻比較大時(shí)，失調(diào)電流及其漂移將是運(yùn)算誤差的主要原因。（3） 輸入失調(diào)電流溫漂dIos。溫度波動(dòng)對(duì)運(yùn)算放大器的參數(shù)是有影響的。如溫度變化時(shí)，不僅能使集成運(yùn)放兩輸入晶體管的基極偏置電流Ib-、Ib+發(fā)生變化，而且兩者的變化率也不相同。也就是輸入失調(diào)電流Ios將隨溫度而變化，不能保持為常數(shù)。一般常用的集成運(yùn)放的dIos指標(biāo)如下：l 通用I型低增益運(yùn)放。在+25+85范圍約為520nA/，-40+25范圍約為2050nA/。l 通用型中增益運(yùn)放。dIos約為520nA/。l 低漂移運(yùn)放。dIos約為100PA/（4） 輸入失調(diào)電壓溫漂dVos。在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，Vos隨溫度的平均變化率，

5、即：dVos=Vos/T一般為150uV/，高質(zhì)量的低于0.5uV。由于該指標(biāo)不像Vos可以通過調(diào)零進(jìn)行補(bǔ)償，因此更為重要。（5） 輸入偏置電流Ib。常溫下，輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸出端的基極偏置電流的平均值。即：Ib=1/2（Ib- + Ib+）通常，Ib在10nA1uA的范圍內(nèi)。在放大器差動(dòng)輸入級(jí)的集電極靜態(tài)電流一定的情況下，輸入偏置電流的大小直接反映了輸入級(jí)晶體管的B值。輸入偏置電流愈小，輸入失調(diào)電流也愈小，同時(shí)放大器的輸入電阻也愈高。3.輸出特性（1） 輸出電壓的最大不失真范圍Vop-p。輸出電壓的最大不失真范圍是指：運(yùn)算放大器在額定電源電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)明顯削波失真是所得到的最大

6、峰值輸出電壓（也稱為最大輸出電壓、輸出電壓擺幅、輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍）。一般常規(guī)運(yùn)放的Vop-p指標(biāo)約比正、負(fù)電源電壓各小23V。（2） 輸出電流的最大失真值范圍Iop-p。輸出電流的最大失真范圍是指：運(yùn)算放大器在額定電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)明顯的削波失真時(shí)所得到的最大峰值輸出電流（也稱為最大輸出電流、輸出電流擺幅、輸出電流動(dòng)態(tài)范圍）。4.共模特性共模特性是指共模輸入信號(hào)作用下的特性。常用的參數(shù)有：（1） 共模抑制比CMRR。把放大器的輸入信號(hào)分為差模信號(hào)與共模信號(hào)，這只是針對(duì)有兩個(gè)輸入端的差分放大器以及輸入級(jí)均由個(gè)種形式的差分電路所組成的運(yùn)算放大器而言。 （a） （b）圖為差模與共模信號(hào)電路l

7、差模信號(hào)。如圖（a）所示，當(dāng)兩個(gè)大小相等，極性相反的直流信號(hào)Vi+=10mV、Vi-=-10mV，或是一對(duì)幅值相等而相位相反的交流信號(hào)如Vi+=10mVsin（wt）、Vi-=-10mVsin（wt+pi）被加到它的兩個(gè)輸入端時(shí)，對(duì)于這種成對(duì)出現(xiàn)、但對(duì)差分電路兩邊晶體管作用相反（使一邊晶體管注入電流Ib增大，而另一邊Ib減?。┑男盘?hào)稱為差模輸入信號(hào)或差動(dòng)輸入信號(hào)，這是需要加以放大的有用信號(hào)。l 共模信號(hào)。如圖（b）所示，對(duì)在運(yùn)算放大器或差分電路兩輸入端上出現(xiàn)的。不僅大小相等，而且極性或相位也完全相同的信號(hào)稱為共模輸入信號(hào)。在運(yùn)放或差分電路中共模信號(hào)是應(yīng)該加以抑制的無用信號(hào)。共模抑制比是全面衡量

8、集成運(yùn)放差動(dòng)輸入級(jí)各參數(shù)對(duì)稱程度的標(biāo)志，十分重要。其定義式為： CMRR=|AvD/AvC| 或CMRR=20lg|AvD/AvC|式中 AvD差模電壓增益。AvC共模電壓增益。 由此可見，運(yùn)算放大器的差模增益AvD 越高，共模增益AvC 越低，其共模抑制比CMRR就能具有較高的數(shù)值。共模抑制比CMRR越大，它對(duì)溫度影響的抑制能力就越強(qiáng)。因此，不論運(yùn)放是否工作在有、無共模信號(hào)的情況，CMRR指標(biāo)總是越大越好。 集成運(yùn)放的共模抑制比通常是很高的。國產(chǎn)運(yùn)放的共模抑制比指標(biāo)如下：l 通用I型運(yùn)放 CMRR7080dBl 通用II型運(yùn)放 CMRR6580dBl 通用III型運(yùn)放 CMRR7090dBl

9、 低漂移運(yùn)放 CMRR80110dBl 單電源運(yùn)放 CMRR70dBl 高阻抗運(yùn)放 CMRR86dBl CMOS運(yùn)放 CMRR76dB（2） 共模電壓范圍Vcp-p。運(yùn)放電路所能承受的最大輸入共模電壓，稱為共模電壓范圍。超過這個(gè)電壓，運(yùn)放電路的共模抑制比將顯著下降。例如用集成運(yùn)放接成電壓跟隨器電路時(shí)，其共模電壓范圍是指：輸出端產(chǎn)生1%跟隨誤差時(shí)，輸入共模電壓的幅度值。5電源特性（1）靜態(tài)功耗Pe。靜態(tài)功耗是在不接負(fù)載，且輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)算放大器本身所消耗電源的總功率。典型值為幾十至幾百毫瓦，專用的低功耗運(yùn)放均為幾毫瓦。（2）電源電壓抑制比PSRR。由電源電壓變化產(chǎn)生的輸入失調(diào)電壓變化值對(duì)電源

10、電壓變化值之比。集成運(yùn)放的測(cè)試方法：l 開環(huán)參數(shù)的測(cè)試方法開環(huán)參數(shù)系指集成運(yùn)放不加反饋時(shí)，在差模輸入信號(hào)作用下的特性。（1）測(cè)試說明。開環(huán)參數(shù)的測(cè)試通常采用低頻（100400Hz）交流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。只要信號(hào)頻率低于開環(huán)放大器的截止頻率。測(cè)試信號(hào)可以從同相端加入，同向輸入常用的開環(huán)參數(shù)測(cè)試電路如圖（c）所示；測(cè)試信號(hào)也可以從反相輸入端加入，反相輸入常用的開環(huán)測(cè)試電路如圖（d）所示。 圖（c）同相輸入開環(huán)參數(shù)測(cè)試電路圖（d）反相輸入的開環(huán)參數(shù)測(cè)試電路 對(duì)于圖（c）來說，其反饋信號(hào)通過反饋電阻器Rf和電容Cf加在反相端。對(duì)于零點(diǎn)漂移一類的直流量，電容Cf可看成開路，反饋至反相端的電壓與輸出電壓接近相

11、等，整個(gè)電路處于很深的負(fù)反饋狀態(tài)之下，電壓增益約等于1。 但是，對(duì)于待測(cè)交流信號(hào)，由于電容Cf的容量相當(dāng)大，電容器Cf可看作短路，反相端處于交流接地狀態(tài)，相當(dāng)于無負(fù)反饋?zhàn)饔?，放大器處于開環(huán)狀態(tài)。（2）同相輸入時(shí)開環(huán)增益Ao的測(cè)量。當(dāng)輸入信號(hào)頻率在100400Hz之間時(shí)，圖（c）電路中的Cf可視為短路，電路處于交流開環(huán)狀態(tài)，輸出電壓Vo與輸入電壓Vi之比值即為開環(huán)電壓增益Ao。圖（c）中的電阻器R1和R2是為提高輸入交流電壓的測(cè)量精度而設(shè)置的，分壓比為： /（+ ）C1為隔直電容器，C2為交流旁路電容器，電阻R3與Rf相等，用來克服靜態(tài)基極電流對(duì)輸出電壓的影響。開環(huán)電壓增益為： = （3）反相輸

12、入時(shí)開環(huán)增益Ao的測(cè)量。相關(guān)電路如圖（d）所示。圖中電阻（+ ）和組成直流負(fù)反饋電路，以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，并減小電路失調(diào)對(duì)輸出電壓的影響。Rf和Rs所構(gòu)成的交流負(fù)反饋，使整個(gè)電路工作穩(wěn)定。測(cè)試電路元件的取值，應(yīng)使： （+ ）R s，為保證Vi為非常小的直流成分變化量，而對(duì)交流信號(hào)Vs中的交流成分反饋量，經(jīng)過大電容C1分掉，整個(gè)電路對(duì)交流相當(dāng)于開環(huán)。作用是保證兩個(gè)輸入直流電阻平衡。測(cè)試時(shí)，將負(fù)載開路（如有RL時(shí)），外加低額（如100Hz）交流信號(hào)電壓Vs，Vs經(jīng)過、分壓，使輸入信號(hào)Vi足夠小，以保證電路工作在線性區(qū)。測(cè)出輸出電壓VA，即：值盡量小些，以減小Ios和集成運(yùn)放輸入電阻的影響，一般用幾十

13、至幾百歐。(4)開環(huán)頻率特性的測(cè)量.開環(huán)頻率特性也稱為開環(huán)帶寬,由于集成運(yùn)放的下截止頻率為零,故上截止頻率就代表整個(gè)電路的帶寬.它是開環(huán)增益下降到-3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的第一轉(zhuǎn)折頻率.這一特性參數(shù)的測(cè)量與測(cè)試Ao的方法相同.只要測(cè)出集成運(yùn)放在幾個(gè)不同頻率信號(hào)時(shí)的開環(huán)增益就行了.(5)開環(huán)輸入電阻的測(cè)量.測(cè)量基理.圖（e）說明開環(huán)輸入電阻測(cè)試原理圖。圖中R是已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻，它與信號(hào)源、被測(cè)的集成運(yùn)放輸入電阻相串，信號(hào)源供出的電壓Vs，在R和待測(cè)電阻上分壓。如果電壓Vi剛好為Vs的一半即：信號(hào)源被測(cè)集成運(yùn)放VsViR 圖（e）開環(huán)輸入電阻測(cè)試原理簡圖 Vi=0.5Vs則說明R=，這種測(cè)輸入電阻的方法稱串

14、聯(lián)電阻法。對(duì)于輸出電阻的測(cè)量，其原理是完全類似的。測(cè)量電路。測(cè)開環(huán)輸入、輸出的電阻如圖（f）所示。電路中的Rf和Cf使電路處于直流閉環(huán)、交流開環(huán)狀態(tài)。為了使測(cè)量結(jié)果真確，既避免非線形失真，又不包括電抗部分，測(cè)量所用的信號(hào)應(yīng)為低頻小信號(hào)。圖（f）測(cè)開環(huán)輸入、輸出電阻電路計(jì)算公式。測(cè)量是，SA2打開，使RL開路，然后根據(jù)以下公式計(jì)算：式中 加到運(yùn)放輸入端的信號(hào)電壓。加到運(yùn)放輸入端的信號(hào)電流。開關(guān)閉和時(shí)測(cè)得的輸出電壓。SA2開關(guān)斷開時(shí)測(cè)得的輸出電壓。測(cè)試步驟?？砂匆韵路椒ㄟM(jìn)行測(cè)量。l 將SA1閉合，則R被C短路，調(diào)整Vs大小以保證輸出電壓無波形失真，測(cè)得此時(shí)的輸出電壓： = Vsl 保持Vs不變，打

15、開SA1，使Vs在R和上分壓，則這時(shí)的輸出電壓測(cè)得為： =為了使輸入端直流平衡，使R值盡可能接近Rf，而且要測(cè)量準(zhǔn)確，R亦應(yīng)接近。但當(dāng)R太大時(shí)容易引起干擾或自激震蕩，故也可用基極偏置電流來估算： 較大時(shí)，=52/ （） 較小時(shí)，=80/ （）（6）開環(huán)輸出電阻的測(cè)量。開環(huán)輸出電阻的大小，反映了集成運(yùn)放的帶負(fù)載能力。因此，可以通過測(cè)量集成運(yùn)放接入前后的電壓變化，來求輸出電阻。測(cè)量時(shí)仍用圖（e）電路，將SA1閉合，保持適當(dāng)大小不變。在這樣的條件下：l SA2開關(guān)打開時(shí)，測(cè)的開路輸出電壓。l SA2開關(guān)閉合時(shí)，又測(cè)得一個(gè)開路輸出電壓。將上式變形即可計(jì)算的計(jì)算公式為： 式中負(fù)載是已知的，為了測(cè)量準(zhǔn)確，

16、盡量取，只要測(cè)得、即可計(jì)算到，其大小一般為數(shù)十至數(shù)千歐。（7）輸出電壓的最大擺幅。對(duì)集成運(yùn)放輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量，也就是對(duì)輸出可能達(dá)到的不失真最大幅度的測(cè)量，測(cè)試電路用圖（e）電路，但SA1、SA2均閉合。為了方便，采用正弦交流輸入信號(hào)，來測(cè)量集成運(yùn)放輸出電壓的最大擺幅。測(cè)試時(shí)，先接入給定的負(fù)載電阻，然后逐步加大輸入信號(hào)的幅度，直至輸出波形的頂部或底部出現(xiàn)削波失真為至，此時(shí)輸出幅度，就是集成運(yùn)放輸出電壓的最大擺幅。擺幅與負(fù)載電阻的值有關(guān)，且越大擺幅也越大。此外，最大擺幅還與電源電壓、和輸入信號(hào)頻率有關(guān)，當(dāng)升高和、降低時(shí)，輸出電壓的最大擺幅都會(huì)減小。l 失調(diào)參數(shù)的測(cè)試方法輸入失調(diào)參數(shù)也稱為輸入

17、失調(diào)特性或誤差特性，用以表征當(dāng)集成運(yùn)放輸入為零時(shí)，輸出端對(duì)零的偏差折合到輸入端數(shù)值。屬于這類的參數(shù)有：輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流溫漂、輸入偏置電流、基極偏置電流等。產(chǎn)生這些誤差量的原因，是集成電路運(yùn)放輸入差動(dòng)電路的不對(duì)稱性，而這些誤差量的存在，限制了集成運(yùn)放所能放大的最小信號(hào)的能力；也就是限制了運(yùn)放的靈敏度。（1）輸入失調(diào)電壓的測(cè)量。圖（f）為輸入失調(diào)電壓的測(cè)試電路，運(yùn)放電路應(yīng)工作在極低的輸入電阻上，所以SA1應(yīng)閉合。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，除采用閉環(huán)測(cè)試外（閉環(huán)增益R2/R1一般為幾百倍），還要保證兩個(gè)輸入電路的電阻相等（即R1=R3、R2=R4）。R1R4要采用精密電阻，電阻的精

18、度由要求的測(cè)試精度確定。 圖（f）輸入失調(diào)電壓的測(cè)試電路由于R1與R3很小，輸入端基極偏置電流在它們兩端所產(chǎn)生的電壓降遠(yuǎn)小于故在計(jì)算中可忽略。對(duì)于理想的運(yùn)放，此時(shí)測(cè)得的輸出電壓與輸入端作用電壓之間有如下的關(guān)系： 由上式可得： 如果=50、=50k代入上式，即可得輸入失調(diào)電壓為： 上式表示在規(guī)定條件（溫度、電源電壓）下，測(cè)量到的輸出偏差電壓等效到輸入端的失調(diào)電壓。（2）輸入失調(diào)電流。測(cè)量仍采用圖（f）的電路，也在閉環(huán)情況下進(jìn)行，閉環(huán)增益也固定在幾百倍。測(cè)試分為兩步進(jìn)行：l 在低輸入電阻（即SA1開關(guān)閉合）下進(jìn)行，測(cè)出輸出電壓，這是由輸入失調(diào)電壓引起的輸出部分。l 在高輸入電阻（即SA1開關(guān)斷開，

19、接入電阻R5、R6）進(jìn)行，測(cè)得輸出電壓。假如兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流（、）不相等，則在電阻R5、R6上將產(chǎn)生電壓值，因此輸出電壓將和不等，其中增加的部分為：，就是由失調(diào)電流引起的。此差值乘以分壓比后，就是上的電壓值。再除以即為，所以其近似表達(dá)式為： （3）輸入失調(diào)的溫度漂移的測(cè)量。輸入失調(diào)漂移，指的是輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流隨環(huán)境溫度、電源電壓及時(shí)間所產(chǎn)生的變化量。其中以溫度所引起的變化最為嚴(yán)重。失調(diào)參數(shù)的溫度系數(shù)為： （1） （2） 只要測(cè)得兩個(gè)溫度與時(shí)的與或與，就可利用上面公式計(jì)算得到輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流溫漂。測(cè)試電路仍用圖（f）電路，測(cè)試方法類似于測(cè)試測(cè)和。一般是將被測(cè)電路置于恒溫箱內(nèi)，改變恒溫箱的溫度，便可測(cè)出。（4）基極偏置電流