集成运算放大器的指标测试

地点：东三-211

课程名称：电路与电子技术实验Ⅱ 指导老师：孙盾 成绩：

实验名称：集成运算放大器的指标测试 实验类型：模电实验 同组学生姓名：

实验报告

学号：

日期：4月21日

一、实验目的和要求

1、加深对集成运算放大器特性和参数的理解；

2、学习集成运算放大器主要性能指标的测试方法。

二、实验内容和原理

内容：

1、测量输入失调电压VIO； 2、测量输入失调电流IIO； 3、测量输入偏置电流IIB；

4、测量开环差模电压增益Aod；

5、测量最大不失真输出电压幅度Vo(max)； 6、测量共模抑制比KCMR； 7、测量转换速率SR； 原理：

1、在常温下，当输入信号为零时，集成运放的输出电压不为零，该输出电压称为输出失调电压。为了使输出电压回到零，需要在输入端加上反向补偿电压，该补偿电压称为输入失调电压VIO。VIO 可能为正，也可能为负。高质量运放的VIO一般在1mV以下。测出输出电压VO1的大小（实测值可能为正，也可能为负），输入失调电压为：VIOR1VO1 。

R1R2

2、在常温下，当输入信号为零时，集成运算放大器两个输入端的输入电流之间的差值称为输入失调电流IIO，设IBP和IBN分别是运放同相输入端和反相输入端的输入电流，则输入失调电流IIO=│IBP－IBN│。集成运放IIO 一般在100nA以下。测得运放的输出电压VO2，则输入失调电流为：

IIO|VO2VO1|R11 。

R1R2Rb3、输入偏置电流是指在常温下，且输入信号为零时，集成运算放大器两个输入端输入电流的平均值，即IIB1(IBPIBN)。集成运放的IIB一般在10nA～1μA 范围内。当S1 断开、S2 闭合时，若测得运放211R11。 IBNIBPVO3VO422R1R2Rb输出电压为VO3，当S1 闭合、S2 断开时，若测得运放输出电压为VO4，则输入偏置电流为：

IIB4、被测运放一方面通过Rf、R1、R2 引入直流反馈，以抑制输出电压失调；另一方面，通过Rf 引入交流反馈，输入回路中的电阻R1 和R2 同时又起到对输入交流信号进行分压衰减的作用。同相端接地电阻R3 应与反相端所接电阻相匹配，以减小输入偏置电流的影响。电容C 是隔直电容。被测集成运算放大器的开环差模电压增益为：AodVoVidVo 。 R2VidR1R2

5、Vo(max) 的测试如图5.4 所示，与Aod 的测试电路相同。实验时，只需改变υs 幅度，并观察υo 是否开始出现削顶失真，从而确定运放在一定电源电压下的最大不失真输出电压幅度Vo(max)。

6、集成运放的共模抑制比是其差模电压放大倍数Aod与共模电压放大倍数Aoc之比的绝对值，即

KCMR|Aod 。此图中voc 。

|AocAocvic7、转换速率SR 反映了集成运放对信号变化速度的适应能力。在大信号条件下，集成运放的输出电压随时间的最大变化率称为转换速率，即SR|dvo|max 。集成运算放大器一般在每微秒零点几伏以上，

dt高速型运放的转换速率高达每微秒上百伏。

若输入信号是前沿陡峭的大幅度方波（峰峰值≥1V），则由输出波形υO 的过渡区斜率（一般取0.9 VOm+～0.9 VOm-），可得到被测运放的转换速率，SR0.9VOm0.9VOm 。若测得正向与负向的转换速

t2t1率不同，则应取其中数值较小者。

当采用正弦电压作为输入信号时，设正弦输出电压为υO=Vo(max)sin2πft，式中Vo(max)为集成运放的最大不失真输出电压。则转换速率为：SR|dvo|max2fVo(max) 。当输入正弦波υs 的频率太高时，由于

dt受转换速率的限制，将出现输出电压的变化跟不上输入电压的变化，从而引起输出正弦波形严重失真，甚至使输出几乎成为三角波，而且幅度也将明显地减小。

三、主要仪器设备

实验箱、信号源、示波器、导线、LM358；

四、操作方法和实验步骤

实验任务1-3，按实验电路和LM358引脚排列图分别接线，只加直流信号。用万用表测量输出Vo1、Vo2、Vo3、Vo4。其中实验任务3时，开关的断开闭合直接用导线断开和短接代替。

实验任务4中电容采用100uF，信号源频率50Hz，Vpp100mV，实验6因为要测共模输出，所以要加大输入信号的幅值，Vpp为10-12V。实验任务5的测试电路与4相同，实验时不断加大Vs的幅值，观察Vo至刚开始出现削顶失真，记下此时的Vo为该电源电压下的最大不失真输出电压Vo(max)。

实验任务7中用方波输入信号测量，其峰峰值≥1V，不断调小输出信号的测量周期至合适位置，用示波器的cursor测量时间；正弦波测量时，因信号源输出Vpp最大只有20V而达不到Vo(max)再用一个运算放大器构成同向比例放大器将信号源的信号放大，用fSR 估算大概的频率，然后将输入信号反

2Vo(max)向与输出信号对比，不断加大输入频率，记下输出从正弦波变至三角波时的临近频率。

在实验任务3、4、6、7时，输出端上需用示波器监视，被测运放始终工作在线性放大区内即不饱和，且电路没有产生自激振荡。

五、实验数据记录和处理

1-3、万用表测得数据为 VO1 -0.218V 代入公式计算：输入失调电压为VIOVO2 -0.220V VO3 -0.221V VO4 -0.213V R1VO12.16mVR1R2

输入失调电流为IIO|VO2VO1|R119.90106mA9.90nAR1R2Rb

则输入偏置电流为IIB1IBNIBP1VO3VO4R111.98105mA19.8nA 。

22R1R2Rb

4-6波形图：

4、测得Vo=14.8V，Vi=104mV，得AodVoVo14373 。

R2VidVidR1R25、Vo(max)=25.8V/2=12.9V。

Aod6、测得Vic=12.2V，Voc=64.0mV，得Aocvoc5.246103， KCMR||2.74106128.8dB。

vicAoc7、①方波测量：

测量得VOm5.44V, VOm4.88V, t118.40s, t218.40s， 计算得SR10.9VOm0.239V/s， SR20.9VOm0.245V/s，

t2t1

所以SRminSR1,SR20.239V/s 。 ②正弦波测量：

频率不断加大到2850Hz时开始产生三角形失真，SR|dvo|max2fVo(max)2.31105V/s。

dt六、实验结果与分析

1、将所测得的数据与典型指标值进行比较： 集成运算放大器的指标 输入失调电压(Input offset voltage)VIO 输入失调电流(Input offset current)IIO 输入偏置电流(Input bias current)IIB 开环差模电压增益Aod 最大不失真输出电压幅度Vo(max) 共模抑制比KCMR 转换速率(Slew rate at unity gain)SR 实测值 -2.16mV 9.90nA -19.8nA 14373 12.9V 128.8dB 说明书里的参考值(Operating Conditions, TA = 25°C) 3mV 2nA -20nA 10000 13.5V 120dB 0.239 V/μs 0.3 V/μs 发现测量值与参考值基本相近，说明测量方法和过程应该正确。 2、在测试运放的开环差模电压增益时，为什么必须引入负反馈？

被测运放一方面通过Rf、R1、R2引入直流反馈，以抑制输出电压失调，同时因为运放的线性工作区

非常小，输出电压很容易达到饱和，引入负反馈才能正常测出电压增益；另一方面，通过Rf 引入交流反馈，输入回路中的电阻R1和R2同时又起到对输入交流信号进行分压衰减的作用。同相端接地电阻R3 应与反相端所接电阻相匹配，以减小输入偏置电流的影响。

3、分析实验中遇到的现象：

①在实验任务4中开始电阻选择的参数为510Ω和5.1kΩ，输出和输入波形都产生了严重的畸变，后来将其改为2kΩ和200kΩ，波形恢复正常，这是由于开始时510Ω太小，而隔直电容较大而产生了畸变。

②正弦波测压摆率时，当输入正弦波υs的频率太高时，由于受转换速率的限制，将出现输出电压的变化跟不上输入电压的变化，从而引起输出正弦波形严重失真，甚至使输出几乎成为三角波，而且幅度 也将明显地减小。

七、讨论、心得 讨论：

①测量开环增益、最大不失真输出、共模抑止比实验中信号的频率不一样是否对实验的结果有影响？

R1200k0V1Rf100k0V115VdcC12in100uR2200kLM35842-3VOFF = 0VAMPL = 100mVFREQ = 1kAC = 100mvV315Vdc1V-OUT1out1C12in100uR11kLM35842-3V-OUT+8U1A15Vdc100kAC = 12VV+V2R51k1out+8U1A15VdcV+V2R51kV3R21k0R32kR42kVOFF = 0VAMPL = 100mVFREQ = 1kR3000000

Aod与f的关系仿真图

100K50K01.0Hz3.0Hz101 * V(out) / V(in)10Hz30Hz100Hz300Hz Frequency1.0KHz3.0KHz10KHz30KHz100KHz

Aoc与f的关系仿真图

40m30m20m10m01.0Hz3.0HzV(out) / V(in)10Hz30Hz100Hz300Hz Frequency1.0KHz3.0KHz10KHz30KHz100KHz

由上述仿真结果可知，测量出的差模电压放大倍数Aod和共模电压放大倍数Aoc会随着频率的改变而发生改变，而由Vo(max)SR可见集成运放的最大不失真输出电压幅度受运放工作频率的限制。

2f在实验测量中，低频段Voc随频率的变化不明显，而测量出的Aod和Vo(max)随频率变化显著，所以测

量开环增益、最大不失真输出、共模抑止比实验中信号的频率应保证相同。

②集成运放还有许多其它的指标，也可以进行测量，如：-3dB带宽fH、单位增益带宽fc、最大共模输入电压VIcmax等。

差模增益频率特性

100806040201.0Hz3.0HzDB(V(out)/V(in))10Hz30Hz100Hz Frequency300Hz1.0KHz3.0KHz10KHz心得：

本次的实验仍以测量为主，也比较简单，但实验中需要耐心、仔细、发现并解决问题的能力。在实验中如遇到实验结果如波形不符合理论，要及时分析原因并对实验设计进行调整使得实验结果更加完善。

通过这个实验，我对理论课上所讲的集成运算放大器一些指标有了更具体可观的了解，并知晓其大概的数值以及测量方法。特别是压摆率的两种测量方法扩充了理论课上只用一句话带过的知识点，让我了解了其与最大不失真输出电压和频率竟然还有奇妙的关系。