集成运算放大器.doc

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1、集成运算放大器资料提示：可按Ctrl+F键进行查找通用运放(130种) 宽频带运放(21种) 精密运放(含低漂移、零漂移、低偏流、低偏压、低失调运放和仪器运放)(75种) 低电压运放(63种) 比较器(7种) 低功率微功耗运放(90种) 低噪声运放(45种) 高速运放(29种) 低失真运放(5种) 高输出电流高驱动能力运放(12种) 可编程运放(5种) 其他特殊运放(18种) 第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.9 集成运算放大器的测试 要点提示 内容简介一、实验目的掌握集成运算放大器主要参数的测试方法。二、实验预习要求1.复习运算放大器的工作原理和主要参数的物理意义。2.了解待测运算放

2、大器的技术性能，分清各个管脚的作用。3.弄清各测试电路的工作原理。三、实验原理1.输入失调电压Vos实际的线性集成电路的参数难于做到完全对称，输入电压为零时的输出电压不等于零。通常把室温（25）及标准电源电压下的输出电压折算到输入端的等效输入电压称之为输入失调电压，常以Vos表示。测试电路图2.9.1中R值应尽可能小，如取几十至几百欧姆。RF为几千欧。测量时，先将图2.9.10中的调零电位器Rp2短路，接通电源，用毫伏表或万用表测量输出电压Vo,按下式求输入端的失调电压。(2.9.1)如取R = 51,RF = 5.1k,则 。 2.输入失调电流Ios输入失调电流是指输入信号为零时的两输入端的

3、基极电流之差，即Ios=Ib1-Ib2。显然，由于存在Ios，将使输出端电平偏离零点。按测试电路图2.9.2的测量步骤如下：（1）闭合开关S,在低输入电阻下，测出输出电压Vo1。如前所述，这是由输入失调电压Vos引起的输出电压。图2.9.1 测量Vos的电路图2.9.2测量Ios和Vos的电路（2）断开S, 在高输入电阻下，测出输出电压Vo2。则由Ios引起的附加的输出电压Vo2- Vo1乘以分压比R/(R+RF),即R(Vo2- Vo1)/(R+RF)可近似地认为是由Ios在R1上产生的，因此(2.9.2) 测量电路中R1值取大一些，以使(Vo2- Vo1)大些，便于测量。但R1过大则漂移大

4、，输出不稳定，R1一般取10k左右。3.输入偏置电流IB输入偏置电流IB是指输入信号为零时，两输入端基极电流的平均值（ ）。测试电路如图2.9.3所示。当IB1A时，应采用高灵敏度电流计。图2.9.3 测量IB电路图2.9.4交流开环、直流闭环的测量电路4.开环电压增益Ao开环电压增益是指负载开路，并加上低频（一般约200Hz）信号电压条件下测出的电压增益。这里介绍两种测试方法：（1）交流开环、直流闭环的测量法其电路如图2.9.4所示。电容CF对直流或缓慢的温漂来说，等效开路，而对交流信号相当于短路，因此对交流几乎无反馈，如同开环状态。RF为直流负反馈电阻，C为隔直流电容。一般Vi很小，不易测

5、量，故加入分压器（R1、R2），这样可得大的Vi，便于测量。测出Vo和Vi后，可按下式计算(2.9.3)对于Ao105以上高增益集成运算放大器，频带较窄，测试信号频率很低，则要求CF很大，故这种测量法不太适用于高增益运算放大器。图2.9.5交流反馈测量电路(2) 交流反馈测量法图2.9.5交流反馈测量电路电路如图2.9.5所示。通过RF、R2、R3的直流反馈，使输出漂移小。通过RF、R1的交流反馈，使放大倍数比较稳定。引入分压器 R2、R3 以提高输入电压测量准确度。测出 Vo和Vi，则开环放大倍数为(2.9.4)测量时，一般高增益放大器频带都很窄，测试频率必须选在开环频率特性的第一个转折点以

6、下。5.输出电压最大动态范围运算放大器输出电压的最大动态范围是指无失真条件下。所能达到的最大输出幅度。测量电路如图2.9.5所示。接入一定负载后，逐步加大输人信号的幅度直到输出波形开始产生顶部和底部削波失真时的输出电压峰峰值Vop-p，该值即是运放的最大动态范围。动态范围与外接负载大小有关，如图2.9.6所示。动态范围还与电源电压和频率有关。图2.9.6 不同负载的输出动态特性6.频率特性测量开环频率特性的电路见图2.9.5。为了减小负反馈，从而使校正补偿电容值减小，R1可以省略。开环频率特性与校正电容大小关系很大，如图2.9.7所示，校正电容越大，频带就越窄。图2.9.7不同校正电容的频率特

7、性7.输入电阻Ri输入电阻是指开环状态下，运放中两个差动输入端之间的等效电阻。测量电路如图2.9.8所示。测量时，先将图中Rp调到零（短路），加入输入信号（200Hz），测出Vi1。然后调节Rp使毫伏表指示下降到原来读数的一半，则此时Rp的电阻值就是输入电阻Ri与R1的并联值。R1为已知，则(2.9.5)为了保证测量精确度，R1、R2至少要与Ri同一数量级。图2.9.8测量输入电阻的电路8.输出电阻Ro输出电阻的测量电路如图2.9.4所示。先将S打开，负载开路，输入端加低频信号电压（200Hz左右），获得一定的输出电压Vo1（以不失真为限）。然后合上S，测出带负载时的输出电压Vo2，则(2.9

8、.6)另一种方法是合上S后，调节负载RL，使输出电压下降到原来值的一半，此时RL=Ro。图2.9.9测量CMRR电路9.共模抑制比CMRR测量电路如图2.9.9所示。D1、D2为箝位二极管。放大器接成闭环，对于差模信号Ad=RF/R1，对于共模信号Ac=Vo/Vi，所以(2.9.7)测量电路中R1与R2、RF与RF要求严格对称相等，否则测量误差大。 四、实验仪器设备名 称参考型号数量用 途稳压电源HH17131供Vcc和-VEE低频信号发生器 XD21信号源示 波 器 COS5020B1观察输出波形 晶体管毫伏表DA16B 1测Vi、Vo等直流微安表010A1测IB等五、实验内容及方法图2.9

9、.10 被测运算放大器被测试运放采用8FC2或FOO3,如图2.9.10所示。接入输入信号，并在反相端1同相端2以及输出端5之间接入所需的元器件，则可实现前述的诸放大电路。运算放大器脚11和8,10和9之间，接入RC网络，作为消除寄生振荡的补偿电路，其元件取值应可适当调整。5脚为输出端。运放要求输入电压为零时输出电压也为零，可通过调零电位器来实现。为防止干扰信号进人放大器造成测量误差，要求输入端有屏蔽装置。为了减少电阻元件引起测量误差应选用精密金属电阻或测量膜电阻。1.输人失调电压Vos的测量（1）在电路图2.9.10中构成如图2.9.1所示的测量电路。（2）接通电源，用示波器观察是否有寄生振

10、荡输出。如果有可调节Rp1消除之，若仍不能消除，应适当更换电容，直到完全消振为止。（3）用直流毫伏表测量输出端电压Vo1，由式(2.9.1)求Vos。2.输入失调电流Ios的测量连接成如图2.9.2所示的测试电路，用电表测出输出端电压Vo2，由式(2.9.2)求Ios。3.输入偏置电流IB的测量连接成如图2.9.3所示的测试电路，用微安表测出IB。4.输出电阻的测量连接成如图2.9.4所示的测试电路，用半电压法测量输出电阻Ro。5.开环电压增益Ao的测量（1）交流开环、直流闭环测量法：其测量电路与测量输出电阻电路同。用毫伏表测量其不失真的输入电压和输出电压代入式(2.9.3)求Ao。（2）交流

11、反馈测量法：连接成如图2.9.5所示的测试电路，测出输入电压Vi和输出电压Vo，代入式(2.9.4) 求出Ao。6.输出电压最大动态范围和频率特性测量（1）测试电路如图2.9.5。在RL、RL = 5.1k和RL = 3k时，保持输入信号频率为200Hz，改变输入电压Vi，测出输出端电压Vo直至输出波形失真为止，并将测量的Vi和Vo填入表2.9.1中。表2.9.1输入电压Vi(mV) RLVo(V)RL = 5.1kVo(V)RL = 3kVo(V)（2）令RL，保持输入信号电压Vi不变，改变信号频率?s，测出对应输出电压Vo，画出A?曲线，找出上限频率?H，即第一个转折点频率。（3）若将输入

12、信号Vi送入示波器的X轴，输出信号Vo送入Y轴，则在示波器屏幕上可观察到输入电压与输出电压关系曲线，即运放传输特性曲线如图2.9.6所示。从图中可求出最大输出电压的动态范围。7.输入电阻Ri的测量连接成如图2.9.8所示的测试电路，测出Ri。8.构成如图2.9.8所示的测试电路，测出输入和输出电压，代入式(2.9.7)求得CMRR。六、实验报告1.画出A?和ViVo曲线，并求出上限截止频率和最大输出电压的动态范围。2.写出实验心得。附：8FC2管脚位置及含义第二部分 模 拟 电 路 实 验 实验2.10集成运算放大器的基本应用 要点提示 内容简介一、实验目的了解集成运算放大器的基本运算关系和应

13、用。二、实验预习要求了解运算放大器的基本运算关系，并熟悉比例器、加法器、积分器和微分器电路的特点。三、实验原理运算放大器的输入连接方式有反相输入和同相输入两种。反相输入方式用得较多，故这里介绍反相输入时的一些基本运算关系。1.运算放大器的基本原理图2.10.1 是运算放大器的简化电路。由于反相输入运算放大器具有虚地现象，于是即有或（2.10.1）从上式可以看出：图2.10.1 反相输入运算放大器的简化电路（1）输出电压与输人电压反相；（2）在Ao很大和深度负反馈情况下，放大器的输出电压与输入电压之间关系，可以简单地由反馈电阻R2与输入端外接电阻R1之比值来确定,而与放大器本身的参数没有多大关系

14、。（3）为了保证运算精度，要求输入电阻和反馈电阻相对误差小，性能稳定。改变R1和R2的形式，放大器便能对输入电压 进行各种数学运算。图2.10.2比例器图2.10.3加法器2.运算放大器的简单应用（1）比例器和倒相器电路的连接如图2.10.2所示。由式（2.10.1）知，该电路执行的是比例运算。若R1=R2,则，运算构成为倒相器。图中 R3=R1R2 。(2)加法器电路的连接如图2.10.3所示。其输出电压 和输入电压 之间有下述关系（2.10.2）可见， 是 按比例相加的结果，实现了加法运算，故称之为加法器。图中 R5R1R2R3R4 ,D1、D2用来防止输入电压过大而将运放输入级击穿。(3

15、)积分器若在反馈回路接一个电容，输入端接电阻，如图2.10.4（a）所示，则组成一个积分器。(a) 积分器(b) 输入、输出波形图2.10.4 积分器和输入、输出波形当Ao很大时，A点为虚地，忽略流入放大器的电流，则 ，有 即输出电压与输入电压成积分关系。当 为固定值时 （2.10.3）上式表明 按一定比例随时间作直线上升或下降。不难推论，当 为矩形波时， 便成为三角波。如图2.10.4（b）所示。为保证两个输入端的直流电阻平衡，要求R = R1。图2.10.5 积分求和电路一个加法器加一个积分器便组成积分求和器。电路结构如图2.10.5所示。图中R3R1R2。(4)微分器图2.10.6 微分

16、器和输入、输出波形微分器构成电路如图2.10.6（a）所示。其输出 输入 之间具有如下微分关系：（2.10.4）不难推论，当 为矩形波时， 便为两个正、负相间的窄脉冲波。如图2.10.6（b）所示,图中要求R1=R。四、实验仪器设备名 称参考型号数量用 途示 波 器YB4320G 1观察输入、输出波形万用表MF50型或DT890B型数字表1测量静态及输入、输出电压 稳 压 电 源HH17131供EC、-EE五、实验内容及方法图2.10.7 实验电路1.实验电路如图2.10.7所示。2.反号、比例和加法运算（1）按图2.10.7接好测量电路。（2）反号运算 将S1置3c端；S2置4b端；S3置3

17、d端，接成反相器。 将输入端4a与公共地端短接，先调Rp1消除寄生振荡（用示波器监示），然后调Rp2，使 （用数字万用表作指示）。 拆去输入短路线，在输入端（4a）与公共地端加入Vi=0.5V直流电压，用数字万用表测出相应的输出电压Vo，验证是否符合 Vo=-Vi 关系。（3）比例运算 将S2置3b；S3置1d，接成比例器。重新消振和调零。 在输入端(3a)与公共地端加入直流电压Vi = +0.5V，测出Vo,验证是否符合Vo = -5Vi的关系。 更换R2的阻值和精度重复上述测量，体验Vo = -5Vi的关系受阻值精度的影响。（4）加法运算 将S2置4b或3b或1b；S3置2d，接成加法器。

18、重新消振和调零。 在三个输入端4a、3a、1a加入直流电压Vi1 = Vi2 = Vi3 = +0.5V，测出Vo，验证是否符合Vo = -(Vi1+5Vi2+5Vi3)的关系。3.积分和微分运算（1）积分运算 将S1置1c；S2置1b；S3置1d，组成积分器。 当输入电压Vi(t) = Vim为固定值时，则（2.10.5）式中Vim为输入信号峰值。t为输入信号的持续时间。 在输入端(1a)与地之间加入矩形信号电压（正、负峰值限制在小于0.5Vp-p之内），然后在输出端和输入端用双踪示波器DC档观察积分情况，并绘下输入、输出波形和测定波形的幅度，以便验证（2.10.5）式。(2) 积分求和运算 将S1置1c；S2置1b；S3置2d，组成积分求和器。 在输入端(1a)、(4a)加入矩形信号电压，用双踪示波器观测输出波形。 (3) 微分运算 将S1置2c；S2置2b；S3置1d，组成微分器。在输入端(2a)与地之间加入矩形信号电压（正、负峰值限制在0.5Vp-p之内），然后用双踪示波器DC档观测其输入、输出波形。 在相同矩形信号电压和频率条件下，更换电容C1的容量，观测其输出波形，并分析变化的原因。六、实验报告1列出反号、比例和加法运算的实验结果，并与计算值比较。2画出积分和微分运算时的输入、输出信号电压波形，测出电压峰值并与计算值比较。