集成运算放大器参数的测试+王向展实验

电子科技大学微电子与固体电子学院 实 验 报 告课程名称 集成电路原理 电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名:连亚涛/王俊颖 学号：2011031010032/0007指导教师：王向展实验地点：211楼306 实验时间：2014.5一、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、实验学时：4四、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VID= V- - V+ 。开环输出电压V0=AVOVID 。AVO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DV0和输入电压变化量 （1）由于开环电压增益 AV0很大，输入信号VI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2 所示。图2 开环直流电压增益测试原理图直流通过RF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 CF足够大，以满足 RF l/ wCF ，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vS和vo，就能得到 （1）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VIO图3 输入失调电压和失调电流测试原理图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VIO表示。故VIO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3所示。图中直流电路通过 RI 和 RF 接成闭合环路。通常RI的取值不超过 100W , RF RI。这时若测得输出电压为Vo1，就可推算出输入端的失调电压为 （3）共模抑制比kCMR 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kCMR表示。它定义为差模电压增益 AVD 和共模电压增益AVC之比，即图4 共模抑制比测试原理图测试原理如图 4所示。由于 RF RI ,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VO和VS，即可求出共模抑制比 （3）kCMR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SR的测试电压转换速率SR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 5 电压转换速率侧试原理图SR的测试原理如图 5（a ）所示。测试时取 RI = RF ，在输入端送入脉冲电压，从输出端见到输出波形，如图5 (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DV0和对应的时间Dt，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 SR+和SR-。（5）、带宽积的测试当输入信号频率逐渐增加，输出电压基本保持不变Au，只有在信号频率达到某一数值时，输出幅度开始下降，当幅度下降到低频时的0.707倍时，这时的频率为放大器的截止频率。带宽积被定义为截止频率与开环增益的乘积，即。图6 运放幅频特性五、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。六、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 电压转换速率测量。5 带宽积。七、实验器材：（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 八、实验步骤：1、首先熟悉数字双踪示波器和信号源的使用，根据指导书要求搭建各参数的测试电路。注意所选电阻、电容的值，不能确定时要用万用表测量；在测试板上连接测试电路时应注意各运放集成块各管脚的功能，以免连接错误。2、各参数的测试依据实验原理中的四个电路图搭建各参数的测试电路图，记录相关数据。九、实验数据及结果分析：1、开环增益表1 开环增益测试数据列表输入VS （mV）输出VO （V）测试条件5.45.68RF=10MW，R2=100K，R1=1K，f=10Hz则：或101dB2、输入失调电压表2输入失调电压测试数据列表VO（mV）RF（W）R1（W）2110K1K则：输入失调电压：3、共模抑制比表3 共模抑制比测试数据列表Vs（V）Vo（mV）RF（W）R1（W）1.07.810K1K则共模抑制比： 或 62.3dB4、转换速率表4 转换速率测试数据列表DVo（V）Dt（ms）测试条件12.012.00KW，R1=1KW，f=1KHz则压摆率：5、带宽积表5 带宽积测试数据列表（KHz）测试条件116.3RF=10KW，R1=1KW则带宽积：十、实验结论： 结合课程所学的知识，对集成运算放大器的主要参数进行了测试，熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的测试方法，同时对课程中相关的理论知识有了更深入的理解。同时通过本实验可以看出，实验测出的集成运算放大器的主要参数与理论值之间有点误差，但是误差很小，这也是在合理之中。十一、总结及心得体会：1、通过本次实验，熟悉了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，掌握了通用运算放大器的测试方法，加深了对所学理论知识的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。2、通过本实验，我对集成运算放大器的主要参数有了一定的了解，对以前在运放的使用过程中出现的一些问题可以得到解释。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：1、建议使用精度更高的数字双踪示波器，以便更准确地测量相应参数。2、建议增加测试的集成运算放大器种类，以便结果比较分析。 报告评分： 指导教师签字：