集成運(yùn)算放大器的好壞與參數(shù)的測試

集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放，又稱計(jì)算放大器(因?yàn)樗芡瓿尚盘柕挠?jì)算功能)或差動放大器(因?yàn)樗袃蓚€輸入端)，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。

集成運(yùn)算放大器具有輸入電阻高(50KΩ以上)、輸出電阻低(幾十歐)、電壓放大倍數(shù)大(104以上)及零點(diǎn)漂移低等優(yōu)點(diǎn)，可取代分立器件，成為一種高增益的直接耦合放大器和具有很高放大倍數(shù)和深度反饋的直流放大器。集成運(yùn)算放大器的用途甚廣，可用作加法器、比例放大器、電壓跟隨器、比較器、積分器、振蕩器、有源濾波器等。

集成運(yùn)算放大器的分類如下(括號內(nèi)為典型產(chǎn)品型號)：

(1)單運(yùn)算放大器，包括通用型運(yùn)算放大器(例如uA741、F007)、低功耗型運(yùn)算放大器(uPC253、F011)、高輸入阻抗型運(yùn)算放大器(CA3140、DG3140)、高速型運(yùn)算放大器(LM318、FX318)、精密型運(yùn)算放大器(LM308、F308)、斬波自穩(wěn)零型運(yùn)算放大器(ICL7650、5G7650)、可編程型運(yùn)算放大器(uA776)。

(2)雙運(yùn)算放大器(TL062、LMl58、FXl58)。

(3)四運(yùn)算放大器(LM324、FX324)。

(4)四電壓比較器(LM339、FX339)。

集成運(yùn)算放大器的參數(shù)測試

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1、 測量運(yùn)算放大器的反相輸入電流和同相輸入電流。

2、 由反相和統(tǒng)相輸入電流測量值計(jì)算運(yùn)放的輸入失調(diào)電流和輸入便置電流。

3、 測量輸出失調(diào)電壓并由輸出失調(diào)電壓的測量值計(jì)算輸入失調(diào)電壓。

4、 測量運(yùn)放的輸入電阻和輸出電阻。

5、 測量運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率。

二、 實(shí)驗(yàn)器材

LM741 運(yùn)放 1個

直流電壓源 1個

直流電流表 1個

0—5uA微安表 2個

信號發(fā)生器 1臺

示波器 1臺

電阻： 100Ω2個，10KΩ,100KΩ 各一個

三、實(shí)驗(yàn)原理

測量運(yùn)放的輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流的電路如圖1 所示。運(yùn)放的輸入偏置電流Ib為同相輸入端電流I1與反相輸入端電流I2 的平均值。即

輸入失調(diào)電流Ios為兩個輸入電流之差，所以

Ios=I1-I2

圖1 測量運(yùn)放的輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流

不考慮相位時(shí)圖2 放大器的電壓增益Av可用下式計(jì)算

運(yùn)放大輸入失調(diào)電壓Vos等于輸出失調(diào)電壓除以電壓增益Av，所以

圖2 測量運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓

測量運(yùn)放輸入和輸出電阻的電路如圖3 所示。運(yùn)放的輸入電阻Rin等于直流輸入電壓Vin除以直流輸入電流Iin，即

圖3 測量運(yùn)放的輸入和輸出電阻 單電源運(yùn)算放大器電路圖

測量運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率的電路如圖4 所示。轉(zhuǎn)換速率SR這個指標(biāo)反映運(yùn)放輸出電壓的最大變化率對階躍輸入電壓的響應(yīng)情況。當(dāng)運(yùn)放連接成電壓跟隨器時(shí)，電壓增益為1，轉(zhuǎn)換速率是最低的。為了測量轉(zhuǎn)換速率，可在運(yùn)放的輸入端加上一個大幅度的寬脈沖信號，測出輸出電壓Vo對時(shí)間的變化率，即

圖4 測量運(yùn)放的轉(zhuǎn)換功率

四、 實(shí)驗(yàn)步驟

1、 在EWB平臺上建立如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路，單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析，記錄輸入電流。

2、 根據(jù)步驟1測出的輸入電流，計(jì)算輸入偏置電流Ib和輸入失調(diào)電流I0s。

3、 在EWB平臺上建立如圖2所示的實(shí)驗(yàn)電路，單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析，記錄輸入失調(diào)電壓Vof。

4、 根據(jù)步驟3測出的輸出失調(diào)電壓和放大器的電壓增益，計(jì)算輸入失調(diào)電壓Vos。

5、 在EWB平臺上建立如圖3所示的實(shí)驗(yàn)電路，單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析，記錄輸入電流Iin和輸出電壓Vo.

6、 將負(fù)載電阻RL減小為100Ω，然后單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。注意觀察Vo值，繼續(xù)減小RL直至輸出電壓Vo等于步驟5測量值的一半。記錄RL的阻值，這個阻值就是運(yùn)放的輸出電阻Ro。

7、 根據(jù)步驟5中Iin的測量值及電源電壓Vin，計(jì)算運(yùn)放的輸入電阻Rin。

8、 在EWB平臺上建立如圖4所示的實(shí)驗(yàn)電路，儀器按圖設(shè)置。單擊仿真開關(guān)運(yùn)行動態(tài)分析。測量輸出電壓曲線的斜率，確定轉(zhuǎn)換速率SR，單位為V/us。

理想運(yùn)算放大器具有“虛短”和“虛斷”的特性，這兩個特性對分析線性運(yùn)放電路十分有用。為了保證線性運(yùn)用，運(yùn)放必須在閉環(huán)狀態(tài)下以負(fù)反饋工作(如果沒有負(fù)反饋，開環(huán)放大下的運(yùn)放成為一個比較器)。因此要判斷器件的好壞，首先應(yīng)分清楚運(yùn)放在電路中是做放大器用還是做比較器用。

不論是何類型的放大器，都有一個反饋電阻rf，可從電路上檢查這個反饋電阻，用檢查輸出端和反向輸入端之間的阻值，如果大的離譜，如幾mω以上，則大概可以肯定運(yùn)放是做比較器用，如果此阻值較小(0ω至幾十kω)，則再查查看有無電阻接在輸出端和反向輸入端之間，有的話肯定是做放大器用。

根據(jù)放大器虛短的原理，如果運(yùn)放線性工作，其同向輸入端和反向輸入端電壓必然相等，即使有差別也是mv級。當(dāng)然在某些高輸入阻抗電路中，萬用表的內(nèi)阻會對電壓測試有點(diǎn)影響，但一般不會超過0.2v，如果有0.5v以上的差別，則放大器必壞無疑!

如果運(yùn)放做比較器用，則允許同向輸入端和反向輸入端電壓不等：當(dāng)同向電壓>;反向電壓，則輸出電壓接近正向最大值;當(dāng)同向電壓運(yùn)算放大器的好壞了。

在很多中，都有集成運(yùn)放作小信號的放大之用，它較其他集成塊和元件易壞，所以能迅速判斷其好壞可以說是修理儀器儀表的一條捷經(jīng)。比較復(fù)雜的儀器儀表中的集成塊很多是直接焊接在印刷線路板上，線路板插在插座內(nèi)，各線路板之間的距離也很小，要想直接測量電壓很困難。下面提出一些簡便、實(shí)用的判斷集成運(yùn)放塊的方法。

1、通電一段時(shí)間后手摸集成運(yùn)放塊的溫度，如溫度大于50℃應(yīng)懷疑其是否損壞。

2、若可能的話，測其直流電流，應(yīng)在幾毫安以內(nèi)。否則就是損壞。

3、集成運(yùn)放有單運(yùn)放和幾個運(yùn)放組合在一起的，應(yīng)熟悉它的及輸入、輸出腳。這也有一定規(guī)律可找及查找有關(guān)的手冊即可知道。集成運(yùn)放的輸入腳之間電阻應(yīng)比較大(一般大于10 m歐)，測量值小時(shí)應(yīng)觀察輸入端有無限值的，否則是損壞無疑。

4、在線測量輸入電壓應(yīng)比較小。一般0.1 v以下。用手接觸輸入端，電壓應(yīng)會在輸出端有變化，或用手接觸反饋電阻二端(相當(dāng)于并聯(lián)一個電阻)，輸出也會相應(yīng)變化。當(dāng)然直接用相應(yīng)反饋電阻并聯(lián)也可。