集成运放指标测试实验原理

集成运算放大器的结构特点，决定了集成运算放大器的技术指标很多。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。为了正确选用集成运放，有必要了解它的主要参数指标。集成运放组件的各项指标通常是用专用仪器进行测试的，以下详细介绍各主要参数实验室常用的简易测试方法及调零消振的方法。

本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图1所示。

图1 μA74引脚排列

1．输入失调电压UIO。

输入失调电压UIO是表征运放内部电路对称性的指标。其定义为，欲使运放的输出电压为零，在运放的输入级差分放大器所加的输入电压的数值。理想运放输入信号为零时，其输出直流电压也应为零。但实际上，如果无外界调零的措施，由于运放内部差动输入级参数的不完全对称，输出电压则往往不为零。所以，这种零输入时输出不为零的现象称为集成运放的失调。

测试失调电压电路如图2所示。闭合开关S1及S2使电阻RB短接，测量出此时输出失调电压UO1，则输入失调电压为

测试中应注意：

①将运放调零端开路：

②要求电阻R1和R2，R3和RF的参数严格对称：

③实际测出的UO1可能为正，也可能为负，高质量的运放UIO一般在ImV以下。

图2 失调电压测试电路

2．输人失调电流IIO

输入失调电流IIO定义为：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，即

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的不对称程度，测试电路如图2所示。首先，闭合开关S1及S2，在低输入电阻下，测出输出电压UO1，然后断开S1及S2，两个输入电阻RB接入。由于RB阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，可见测出两个电阻RB接入时的输出电压UO，若从中扣除输入失调电压UIO的影响，则得到输入失调电流为

测试中应注意：

①将运放调零端开路；

②两输入端电阻RB必须精确配对；

③IB1和IB2本身的数值很小（微安级）。

3．开环差模放大倍数AUO

开环差模放大倍数AUO定义为集成运放在没有外部反馈时的直流差模电压放大倍数，即开环输出电压UO与两个差分输入端之间所加信号电压Uid之比

AUO的测试方法很多。AUO本来是直流电压放大倍数。但为了测试方便，通常采用低频（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量，由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。现如图3所示采用交、直流电压输入，并且同时闭环的测试方法。被测运放一方面通过RF，R1，R2完成直流闭环。以抑制输出电压漂移，另一方面通过RF和RS，实现交流闭环，外加信号VS经R1，R2分压使Uid足够小，以保证运放工作在线性区。为了减小输入偏置电流的影响，同相输入端电阻R3应与反相输入端电阻相匹配。图3－16 开环差模增益Avo的测试电路

被测运放的开环电压放大倍数为

①测试前电路应首先消振及调零；

②为了使被测运放工作在线性区，输出信号幅度应较小，无明显失真；

③输入信号频率应较低，一般用50～100 Hz。

4．共模抑制比KCMRR

共模抑制比定义为集成运放的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值

共模抑制比是衡量运放优劣很重要的参数，理想运放对输入的共模信号其输出为零。但在实际的集成运 放中，其输出不可能没有共模信号的成分，输出端共模信号愈小，KCMRR愈大，说明电路对称性愈好，即 运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。KcMRR的测试电路如图4所示，原理同减法电路。此时差模电压放大 倍数为

当接入共模输入信号Uic时，测得UOC,则共模电压放大倍数为

测试中应注意：

①测试前电路应首先消振及调零：

②R1和R2，R3和RF之间阻值严格对称；

③输入信号Uic幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压Uicm．

图4 共模抑制比Kcmnn的测试电路

5．最大共模输入电压Uicm

最大共模输入电压Uicm定义为运放的两个输入端所能承受的最大的共模输入电压。 当超过此电压时，集 成运放共模抑制能力显著下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。

Uicm的测试电路如图5所示。被测运放接成电压跟随器形式，用示波器观察输出电压波形，找到最大不 失真输出波形，从而确定Uicm值。

6．输出电压最大动态范围UOPP

输出电压最大动态范围UOPP定义为最大不失真输出电压峰峰值。集成运放的输出电压动态范围与电源电 压、外接负载及信号源频率都有关。测试电路如图6所示。

图5 UICM的测试电路 图6 输出电压最大动态范围UOPP的测量

改变US幅度，观察输出电压波形，找到UO削顶失真开始时刻，从而确定UO的不失真范围，这就是运放在 某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值UOPP.

7．调零

为提高运算精度，保证输入为零时，输出也为零，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零。具体方 法是：当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RP,调零时将输入端接地，调零端接入电位器RP,用直流电压表测量输出电压UO，仔细调节RP,使UO为零（即失调电压为零）。如果运放没有调零端 子，需要调零时，可按图7所示电路进行调零。

图7 运放没有调零端子时的调零方法

如果运放不能调零，大致有如下原因：

①组件正常，接线有错误；

②组件正常，但负反馈不够强，为此可将RP短路，观察是否能调零；

③组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源 断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况：

④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振：

⑤组件内部损坏，应更换好的集成运放。

8． 消振

如果运算放大器输入信号为零，又有输出，则称为自激。自激会使各种运算功能无法实现，严重时还会 损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形是否出现自激。为消除运放的自激，常采用如下措施：

①若运放有相位补偿端子。可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供；

②电路布线、元器件布局应尽量减小分布电容；

③在正、负电源线与地之间接上几十微法的电解电容和0.01～0.1μF的陶瓷电容相并联，以减小电源引线的影响。