集成运放的主要参数以及测试方法

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△Vi与由它所引起的差模输入电流变化量△Ii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可以通过调零进行补偿，因此更为重要。（5）输入偏置电流Ib。常温下，输入信号为零时，两个输出端的基极偏置电流的平均值。即：Ib=1/2（Ib-+Ib+）通常，Ib在10nA~1uA的范围内。在放大器差动输入级的集电极静态电流一定的情况下，输入偏置电流的大小直接反映了输入级晶体管的B值。输入偏置电流愈小，输入失调电流也愈小，同时放大器的输入电阻也愈高。3.输出特性（1）输出电压的最大不失真范围Vop-p。输出电压的最大不失真范围是指：运算放大器在额定电源电压和额定负载下，不出现明显削波失真是所得到的最大峰值输出电压（也称为最大输出电压、输出电压摆幅、输出电压动态范围）。一般常规运放的Vop-p指标约比正、负电源电压各小2~3V。（2）输出电流的最大失真值范围Iop-p。输出电流的最大失真范围是指：运算放大器在额定电压和额定负载下，不出现明显的削波失真时所得到的最大峰值输出电流（也称为最大输出电流、输出电流摆幅、输出电流动态范围）。4.共模特性共模特性是指共模输入信号作用下的特性。常用的参数有：（1）共模抑制比CMRR。把放大器的输入信号分为差模信号与共模信号，这只是针对有两个输入端的差分放大器以及输入级均由个种形式的差分电路所组成的运算放大器而言。（a）（b）图为差模与共模信号电路差模信号。如图（a）所示，当两个大小相等，极性相反的直流信号Vi+=10mV、Vi-=-10mV，或是一对幅值相等而相位相反的交流信号如Vi+=10mVsin（wt）、Vi-=-10mVsin（wt+pi）被加到它的两个输入端时，对于这种成对出现、但对差分电路两边晶体管作用相反（使一边晶体管注入电流Ib增大，而另一边Ib减小）的信号称为差模输入信号或差动输入信号，这是需要加以放大的有用信号。共模信号。如图（b）所示，对在运算放大器或差分电路两输入端上出现的。不仅大小相等，而且极性或相位也完全相同的信号称为共模输入信号。在运放或差分电路中共模信号是应该加以抑制的无用信号。共模抑制比是全面衡量集成运放差动输入级各参数对称程度的标志，十分重要。其定义式为：CMRR=|AvD/AvC|或CMRR=20lg|AvD/AvC|式中AvD——差模电压增益。AvC——共模电压增益。由此可见，运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就能具有较高的数值。共模抑制比CMRR越大，它对温度影响的抑制能力就越强。因此，不论运放是否工作在有、无共模信号的情况，CMRR指标总是越大越好。集成运放的共模抑制比通常是很高的。国产运放的共模抑制比指标如下：通用I型运放CMRR＞70~80dB通用II型运放CMRR＞65~80dB通用III型运放CMRR＞70~90dB低漂移运放CMRR＞80~110dB单电源运放CMRR＞70dB高阻抗运放CMRR＞86dBCMOS运放CMRR＞76dB（2）共模电压范围Vcp-p。运放电路所能承受的最大输入共模电压，称为共模电压范围。超过这个电压，运放电路的共模抑制比将显著下降。例如用集成运放接成电压跟随器电路时，其共模电压范围是指：输出端产生1%跟随误差时，输入共模电压的幅度值。5．电源特性（1）静态功耗Pe。静态功耗是在不接负载，且输入信号为零时，运算放大器本身所消耗电源的总功率。典型值为几十至几百毫瓦，专用的低功耗运放均为几毫瓦。（2）电源电压抑制比PSRR。由电源电压变化产生的输入失调电压变化值对电源电压变化值之比。集成运放的测试方法：开环参数的测试方法开环参数系指集成运放不加反馈时，在差模输入信号作用下的特性。（1）测试说明。开环参数的测试通常采用低频（100～400Hz）交流信号进行测量。只要信号频率低于开环放大器的截止频率。测试信号可以从同相端加入，同向输入常用的开环参数测试电路如图（c）所示；测试信号也可以从反相输入端加入，反相输入常用的开环测试电路如图（d）所示。图（c）同相输入开环参数测试电路图（d）反相输入的开环参数测试电路对于图（c）来说，其反馈信号通过反馈电阻器Rf和电容Cf加在反相端。对于零点漂移一类的直流量，电容Cf可看成开路，反馈至反相端的电压与输出电压接近相等，整个电路处于很深的负反馈状态之下，电压增益约等于1。但是，对于待测交流信号，由于电容Cf的容量相当大，电容器Cf可看作短路，反相端处于交流接地状态，相当于无负反馈作用，放大器处于开环状态。（2）同相输入时开环增益Ao的测量。当输入信号频率在100～400Hz之间时，图（c）电路中的Cf可视为短路，电路处于交流开环状态，输出电压Vo与输入电压Vi之比值即为开环电压增益Ao。图（c）中的电阻器R1和R2是为提高输入交流电压的测量精度而设置的，分压比为：2R/（1R+2R）≈310C1为隔直电容器，C2为交流旁路电容器，电阻R3与Rf相等，用来克服静态基极电流对输出电压的影响。开环电压增益为：oVoAVi=3122.10RRVoVoVsRVs（3）反相输入时开环增益Ao的测量。相关电路如图（d）所示。图中电阻（1R+2R）和2R组成直流负反馈电路，以稳定静态工作点，并减小电路失调对输出电压的影响。Rf和Rs所构成的交流负反馈，使整个电路工作稳定。测试电路元件的取值，应使：（1R+2R）≥Rs，1R≥2R为保证Vi为非常小的直流成分变化量，而对交流信号Vs中的交流成分反馈量，经过大电容C1分掉，整个电路对交流相当于开环。`2R作用是保证两个输入直流电阻平衡。测试时，将负载开路（如有RL时），外加低额（如100Hz）交流信号电压Vs，Vs经过1R、2R分压，使输入信号Vi足够小，以保证电路工作在线性区。测出输出电压VA，即：12220lg.)OoAVRRARV（2R值尽量小些，以减小Ios和集成运放输入电阻ir的影响，一般用几十至几百欧。(4)开环频率特性的测量.开环频率特性也称为开环带宽,由于集成运放的下截止频率为零,故上截止频率Hf就代表整个电路的带宽.它是开环增益下降到-3dB时所对应的第一转折频率.这一特性参数的测量与测试Ao的方法相同.只要测出集成运放在几个不同频率信号时的开环增益就行了.(5)开环输入电阻ir的测量.①测量基理.图（e）说明开环输入电阻测试原理图。图中R是已知的标准电阻，它与信号源、被测的集成运放输入电阻ir相串，信号源供出的电压Vs，在R和待测电阻ir上分压。如果电压Vi刚好为Vs的一半即：图（e）开环输入电阻测试原理简图Vi=0.5Vs则说明R=ir，这种测输入电阻的方法称串联电阻法。对于输出电阻的测量，其原理是完全类似的。②测量电路。测开环输入、输出的电阻如图（f）所示。电路中的Rf和Cf使电路处于直流闭环、交流开环状态。为了使测量结果真确，既避免非线形失真，又不包括电抗部分，测量所用的信号应为低频小信号。图（f）测开环输入、输出电阻电路③计算公式。测量是，SA2打开，使RL开路，然后根据以下公式计算：212iiiooisiisiosoiooVVVAVrRRRVVIVVAVAVVVR信号源被测集成运放VsViRir式中iV——加到运放输入端的信号电压。iI——加到运放输入端的信号电流。1oV——开关闭和时测得的输出电压。2oV——SA2开关断开时测得的输出电压。④测试步骤。可按以下方法进行测量。将SA1闭合，则R被C短路，调整Vs大小以保证输出电压无波形失真，测得此时的输出电压：1oV=oAVs保持Vs不变，打开SA1，使Vs在R和ir上分压，则这时的输出电压测得为：1oV=oAiV为了使输入端直流平衡，使R值尽可能接近Rf，而且要测量准确，R亦应接近ir。但当R太大时容易引起干扰或自激震荡，故也可用基极偏置电流来估算：BIuA（）较大时，ir=52/BI（K）BIuA（）较小时，ir=80/BI（K）（6）开环输出电阻or的测量。开环输出电阻or的大小，反映了集成运放的带负载能力。因此，可以通过测量集成运放接入LR前后的电压变化，来求输出电阻。测量时仍用图（e）电路，将SA1闭合，保持适当大小sV不变。在这样的条件下：SA2开关打开时，测的开路输出电压1ooVE。SA2开关闭合时，又测得一个开路输出电压2oV。12oooLLoLoLEVVRRrRrR将上式变形即可计算or的计算公式为：122oooLoVVrRV式中LR负载是已知的，为了测量准确，尽量取LR≈oV，只要测得1oV、2oV即可计算到or，其大小一般为数十至数千欧。（7）输出电压的最大摆幅omV。对集成运放输出电压动态范围的测量，也就是对输出可能达到的不失真最大幅度的测量，测试电路用图（e）电路，但SA1、SA2均闭合。为了方便，采用正弦交流输入信号，来测量集成运放输出电压的最大摆幅。测试时，先接入给定的负载电阻LR，然后逐步加大输入信号sV的幅度，直至输出波形的顶部或底部出现削波失真为至，此时输出幅度，就是集成运放输出电压的最大摆幅。摆幅与负载电阻的LR值有关，且LR越大摆幅也越大。此外，最大摆幅还