电子科大微固学院集成运算放大器参数的测试实验报告

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

实验名称：集成运算放大器参数的测试

学生姓名：xxxxx

学号：xxxxxxxxxxxx

指导教师：于奇

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、实验地点：211大楼3楼房间

四、实验目的：

（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。

五、实验学时：4

六、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

=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

1、开环电压增益

开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其值为输出端电压变化量 V0和输入电压变化量

o o

V I

V A V ?=

? 由于A V 0很大，输入信号V I 很小，加之输入电压与输出电压之间有相位差，从而引人了较大的测试误差，实际测试中难以实现。测试开环电压增益时，都采用交流开环，直流闭环的方法。测试原理如图所示：

直流通过R F 实现全反馈，放大器的直流增益很小，故输入直流电平十分稳定，不需进行零点调节。取C F 足够大，以满足R F >>l/ωC F ，使放大器的反相端交流接地，以保证交流开环的目的。这样只要测得交流信号电压v S 和v o ，就能得到

在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大无失真的波形。保持输入电压不变，增加输入电压频率，当输出电压的幅值降低到低频率值的0.707倍，此时频率为开环带宽。

2．输入失调电压V IO

由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，输出电压不为零，称为放大器的失调。为了使输出电压回到零，就必须在输入端加上一个纠偏电压来补偿这种失调，这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压，用V IO 表示。故V IO 的定义为使输出电压为零在两输入端之间需加有的直流补偿电压。

输入失调电压的测量原理如图4 所示。图中直流电路通过 R I 和 R F 接成闭合环路。通常R I 的取值不超过 100Ω , R F 》 R I ，这时若测得输出电压为V o1，就可推算出输入端的失调电压为

3、共模抑制比k CMR

运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制比，用k CMR 表示。它定义为差模电压增益 A VD 和共模电压增益A VC 之比，即

图5 共模抑制比测试原理图

测试原理如图 5 所示。由于 R F 》R I ,该闭环电路对差模信号的增益

。共模信号的增益

因此，只要从电路上测出V O 和

V S ，即可求出共模抑制比

k CMR 的大小往往与频率有关，同时也与输入信号大小和波形有关。测量的频率不宜太高，信号不宜太大。 4、电压转换速率S R 的测试

电压转换速率S R 定义为运放在单位增益状态下，在运放输入端送入规定的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。

图 6 电压转换速率侧试原理图

S R 的测试原理如图 6（a ）所示。测试时取 R

I

= R

F

，在输入端送入脉冲电

压，从输出端见到输出波形，如图 6 (b）所示。这时可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（下降沿）的恒定变化率区间内，取输出电压幅度?V

和对应的时间?t，然后由计算公式求出

通常上升过程和下降过程不同，故应分别测出 S

R +和S

R

-。

5，增益带宽积

这是用来简单衡量放大器的性能的一个参数。这个参数表示增益和带宽的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。

测试电路图同上述压摆率测试，将输入的方波信号换成正弦信号，不断增大输入信号频率使放大倍数为原来的0.707A U倍，从示波器读出此时的频率值f，则增益带宽积A U*f

七、实验内容：

1 ．开环电压增益测量。

2 ．输入失调电压测量。

3 ．共模抑制比测量。

4 ．压摆率测量。

5 ．增益带宽积测量。

八、实验步骤

以下图所示的电路进行参数测试，步骤如下：

运算放大器参数测试电路

1、测试运放的开环特性参数用图 ( a ）电路。测试时将K 2接输入信号， K 1 接电容。 K 3 、K 4 根据需要可接入 R L 和C L 。参照实验原理进行各个参数的测试。

2、测试大信号脉冲参数也采用图 ( a ）的电路。测试时将 K 2 接电阻， K 1接脉冲信号源，R I 根据需要选取，从输入和输出脉冲波形中读取各个有关脉冲的参数。测试时可利用 K 3和 K 4接入负载R L 和 C L 以观察 R L 和 C L 对脉冲参数的影响。

3、测试失调特性参数和共模特性参数都采用图 ( b ）的电路。图中的AT 为被

测电路， A 为辅助电路。若采用单电路测试方法，可将K 6和 K 7断开， K 5闭合。变换开关位置，即可测试各个参数。

4 、在图 ( b ）中将K 4、 K 8 接地，分别在 K 1断开， K 2闭合和 K 1闭合、 K 2 断开两种情况下，测出辅助放大器的输出电压v o1 和v o2，代入式（4）中，即可计算出I IB 。测V ID 和I ID 时，都是将K 4、 K 8 接地，通过 K 1 和 K 2的闭合断开，测出辅助放大器的输出电压V O1和V O2，计算V IO 和I IO 。，测试共模特性参数时，将 K

1

，K 2闭合，K 4接地，从K 8 送入正弦信号V S ，测出辅助放大器的输出电压V L ,计

算出K CMR 。

九、实验仪器与器材：

（1）直流稳压电源 一台 （2）数字双踪示波器* 一台 （3）信号发生器 一台 （4）实验测试板及连接线 一套 （5）常见通用运算放大器IC 样品 一块

十、实验结果：

1，测试开环增益：in V =4.8mv ，out V =16.7v

增益值：3479110

8.47

.163=?==

-in out V V V A 2,失调电压：Ω=K R F 10，Ω=K R 11 v mv V R R V o F

IO μ14004.11

==?=

3，共模抑制比测试：

dB R R V V K F O S CMR 103105.141095

.08.13441=?=?=?=

4，压摆率测试 s V s

V

t V SR μμ/6.08.256.15==??=

5，增益带宽积 8.9228

.025

.2===

in out V V V A 增益变为原来的0.707倍时候 93.6707.08.90=?=V A 此时测的输入信号频率kHz f 4.70=

计算得出增益带宽积为kHz kHz f A V 6944.708.9=?=?

十一、实验心得和体会：

1，在测试开环增益由于输入电压非常小，与周围的噪声处在相同数量级，测试时候容易造成干扰，测试时候要注意选取一个合适的点，读出输入输出电压值，同时输入电压过大的话会造成输出饱和无法在示波器上读出合适的值。

2，测试压摆率为了减小实验误差应该尽量减小时间轴和电压轴的单位步长，使图像尽量铺满显示屏

3，通过本次试验，我了解运算放大器的测试和方法，加深对集成运放的理解

十二、实验改进意见：

实验前能够预习辅导书，对实验目的和电路图有更好地把握，并且能够在实验前对示波器基本调试复习一遍，方便后续电路测试