实验十三

1. 上海科学技术职业学院 实验十三 集成运算放大器基本参数的测试 1.实验目的 2.实验原理 3.实验仪器与元器件 4.实验内容 5.思考题

2. 上海科学技术职业学院 返回 实验目的 1.熟悉集成运算放大器主要参数的定义以及这些参数与运放的关系。 2.掌握集成运算放大器主要参数的测量原理与测量方法。 3.再次熟练使用常规仪器来进行各种参数的测量。

3. 上海科学技术职业学院 返回 实验原理 表征集成运算放大器的参数有很多，大致有：输入失调电 压、输入偏置电流、输入失调电流、开环电压增益、输入电阻、 输出电阻、共模抑制比等。本此实验将对集成运算放大器的常用 主要参数进行测量。 1.输入误差信号参数的测量 对于一个理想的运算放大器，在二输入端的差模输入为0时 输出电压应为0，但是实际的集成运算放大器输出往往不为0，这 种0输入时输出不为0的现象称为集成运算放大器的失调。 为使集成运算放大器0输入时输出电压为0，需在输入端施加 一定的补偿电压，这一电压的模值即为输入失调电压UIO。为使 集成运算放大器正常工作，由恒流源分别在运放二输入端提供二 偏置电流，此二电流的平均值就称为输入偏置电流；此二电流的 差值即为输入失调电流I IO。 (1) 输入失调电压UIO的测量

4. 上海科学技术职业学院 返回 为了分析方便，我们可以把实际的集成运算放大器等效为理想 运放和失调信号的组合，如图13-1中虚线框所示。由于运算放 大器的电压放大倍数非常大，故为使0输出时所加的补偿电压或 偏置电流差值相当小，要测量它们并不容易，实际测量中常采 用闭环测量的变通方法。我们将实际运放接成如图13-1的电 路，引入一定的负反馈，降低总放大倍数，就构成了输入失调 电压UIO的测量电路。图中U-和U+分别为实际运放的二个输入 端；由图可知，运放二输入端通过R1和R1//Rf接地，即为0输 入；又因为R1//Rf 的取值很小，I IO在它上面产生的电压基本可 以忽略，则运算放大器输出端产生的电压可近似认为单由UIO经 放大产生。此时若测得运算放大器输出端电压为U01，我们可建 立如下的关系式： U- = R1/（R1+Rf）×U01 U+ =UIO 由于U-≈U+ ，则： UIO≈R1/（R1+Rf）×U01 （式13-1） 将R1=51Ω，Rf=51KΩ代入式中可得： UIO =∣U01×10-3∣（V）

5. 上海科学技术职业学院 返回 （2）输入失调电流I IO的测量 在图13-2中虚线框左侧实际运放的二输入端串入电阻 Rb，并使其满足Rb>>R1，就构成了如图13-2所示的 电路。图中可见，构成的电路使运放二输入端仍为0 输入，运算放大器输出端的电压除去原UIO的作用 外，还有I IO在Rb上产生电压的共同作用。此时若测 得运算放大器输出端电压为U02，我们可建立如下的 关系式： U- = R1/（R1+Rf）×U02 U+≈UIO+ I IO Rb 根据U-≈U+ ，并将式13-1代入上式，经整理可得：则： I IO ≈ R1/（R1+Rf）×（U02-U01）/ Rb （式13-2） 将R1=51Ω，Rf=51KΩ，Rb=10KΩ代入式中可得： I IO=|（U01-U02）×10-7|（A）

6. 上海科学技术职业学院 返回 2.开环电压增益Aud的测量 运祘放大器在正常工作状态下不加任何外部反馈时的差模电压增益称为 开环电压增益。基于前述同样的理由，此参数的测量也用闭环的方法；如 图13-3所示即为测量运祘放大器开环电压增益Aud 的原理图，图中Rf 为反 馈电阻，与R一起构成交流负反馈电路，同时还与R1、R2构成直流负反馈 电路。若在输入端加上交流信号，用示波器测得运祘放大器输出端不失真 输出电压为Uo，测得Ui点的信号电压为Ui，则上述电路可有如下的关系 式： U- = R2 /（R1+R2）×Ui U+≈0 又因为Uo与U-反相，因此： Aud = - Uo/ U- 将上式代入此式经整理后可得： Aud =（R1+R2）/ R2 ×Uo/ Ui （式13-3） 将R1=51KΩ、R2 = 51Ω代入式中，则可得： Aud = Uo/ Ui×103（倍） 当用分贝表示时：Aud = 60+20 log(Uo/ Ui) (dB) 必须指出：a).运祘放大器的开环带宽通常很窄，本次实验提供的运放其开环 带宽仅7HZ；即使加了如图的反馈电路后，它的闭环带宽也仍很窄。因此为防止 引入大的测量误差，输入交流信号的频率越低越好，建议不要超过30HZ。b).此 电路的输入阻抗很高，Ui点的信号电压值与信号源的输出基本相等，故测量中也 可直接测量信号源的输出幅度来代替Ui点的信号幅度。

7. 上海科学技术职业学院 返回 3.共模抑制比KCMR的测量 集成运祘放大器开环差模电压增益与开环共模电压增益之比称为共模抑制 比，它是表示集成运祘放大器抗拒共模干扰能力的重要参数。 KCMR = Aud /Auc 当用分贝表示时：KCMR =20 log |Aud/Auc |(dB) 如图13-4即为测量共模抑制比KCMR的原理图。图中R1 = R2 = 1KΩ， R3 = Rf = 100KΩ，当输入信号为Ui时，输出电压为Uo，由于运放二输入 端的实际输入电流近似为0，于是 可得： （Ui─U-）/ R1≈（U-─Uo）/ Rf 经整理 U- ≈（R1Uo+RfUi）/（R1+Rf） U+ = RfUi / (R1+Rf) 我们知道，运放的实际输出中包含有共模放大输出和差模放大输出，即： Uo = Auc（U+ +U-）/ 2 +Aud（U+ ─U-） 将U+和U-的表示式代入上式，则当实际的Uo较小时，整理可得： Aud / Auc ≈ RfUi / R1Uo 将R1=1KR=100K代入式中，则： Aud / Auc ≈ Ui / Uo ×102 KCMR = 40 + 20 log (Ui / Uo) (dB) （式13-3）

8. 上海科学技术职业学院 返回 YB1719双路直流稳压电源 EE1643函数信号发生器 YB4325双踪示波器 MF-50型万用表（自制） 电路实验板 接线与元器件若干 实验仪器与元器件

9. 上海科学技术职业学院 返回 • 实验内容 1.输入误差信号的测量 按照图13-2组建电路，并用短路块跨接于Rb二端。 检查无误后接通±12V电源。 用万用电表直流电压档测量U01。 拔去跨接于Rb二端的短路块，测量U02。 根据测得的U01、U02求出UIO和I IO。 2.测量运祘放大器的开环增益Aud 按照图13-3组建电路。 检查无误后接通±12V电源。 调整EE1643信号源输出为<30HZ，100mVPP，把它接至电路输入端。 用双踪示波器测量输入输出电压的峰峰值。 求出运祘放大器的开环增益Aud 。 2.测量运祘放大器的共模抑制比KCMR 按照图13-4组建电路。 检查无误后接通±12V电源。 调整EE1643信号源输出为<30HZ，5VPP，把它接至电路输入端。 用双踪示波器测量输入输出电压的峰峰值。 求出运祘放大器的共模抑制比KCMR。

10. 上海科学技术职业学院 返回 思考题 1.输入误差信号参数的测量中，倘若用示波器来测量U01和U02， 则示波器应处于何种测量状态？扫描速度应为多少？ 2.运放开环电压增益的测量中，如果输入信号频率为1KHZ，则测量的结果将怎样？为什么？

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