運算放大器電引數測試方法
作者：李雷
一、 器件介紹
整合運算放大器（簡稱運放）是模擬積體電路中較大的乙個系列，也是各種電子系
統中不可缺少的基本功能電路，它廣泛的應用於各種電子整機和組合電路之中。本文主
要介紹通用運算放大器的測試原理和實用測試方法。
1． 運算放大器的分類
從不同的角度，運算放大器可以分為多類：
1． 從單片整合規模上可分為：單運放（如：op07a）、雙運放(ad712)、四運放(lm124)。
2． 從輸出幅度及功率上可分為：普通運放、大功率運放(lm12)、高壓運放（opa445）。
3． 從輸入形式上可分為：普通運放、高輸入阻抗運放(ad515、lf353)。
4． 從電引數上可分為：普通運放、高精密運放（例如：op37a）、高速運放(ad847)等。
5． 從工作原理上可分為：電壓反饋型運放、電流反饋型運放（ad811）、跨倒運放
(ca3180)等。
6． 從應用場合上可分為：通用運放、儀表運放（ina128）、音訊運放(lm386)、**運
放(ad845)、隔離運放（bb3656）等。
2． 通用運放的典型測試原理圖（intersil 公司）
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運算放大器電引數測試方法
二、 電引數的測試方法以及注意事項
一般來說整合運算放大器的電引數分為兩類：直流引數和交流引數。直流引數主要
包括：失調電壓、偏置電流、失調電流、失調電壓調節範圍、輸出幅度、大訊號電壓增
益、電源電壓抑制比、共模抑制比、共模輸入範圍、電源電流十項。交流引數主要包括：
大訊號壓擺率、小訊號過衝、單位增益頻寬、建立時間、上公升時間、下降時間六項。而
其中電源電流、偏置電流、失調電流、失調電壓、輸出幅度、開環增益、電源電壓抑制
比、共模抑制比、大訊號壓擺率、單位增益頻寬這十項引數反映了運算放大器的精度、
速度、放大能力等重要指標，故作為考核運放器件效能的關鍵引數。
通常運算放大器電引數的測試分為兩種方法：一種是單管測試法，另一種是帶輔助
放大器的測試方法。儘管單管測試法外圍線路較為簡單，但由於不同運放各項電引數差
異很大，不利於計算機測試系統實現自動測試，故在生產測試中較少採用（有興趣的人
員可參考北京市半導體器件研究所李銘章教授編寫的《運算放大器電引數測試方法》）。
為了能採用統一的測量線路實現自動測試，發展了利用輔助放大器進行測試的新方法。
該測試方法具有以下優點：1）被測器件的直流狀態能自動穩定，且易於建立測試條件；
2）環路具有較高的增益，有利於微小量的精確測量；3）可在閉環條件下實現開環測試；
4）易於實現不同引數測試的轉換，有利於實現自動測試。鑑於運放輔助放大器測試方
法所具有的優越性，該方法已被國際電工委員會（iec）確定為運算放大器測試標準。
我測試中心基於 ltx—77 測試系統開發的通用運放測試包也是參考了該標準而設計的
（可參考由胡浩同志編寫的《運放測試包規範》）。圖 1 為運放的輔助放大器測試方法的
基本原理圖。
圖中運放 a 為輔助放大器，dut 為被測運放。輔助放大器應滿足以下要求：
a． 開環增益大於 60db；
b． 輸入失調電流和輸入偏值電流應很小；
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c． 動態範圍足夠大
環路元件應滿足下列要求：
a． ri*iib
d． ros f． r1>>rl 運算放大器電引數測試方法 g． rf/ri 值決定了測試精度，但必須保證輔助運放**性區工作。 式中：iib被測器件的輸入偏置電流 vio被測器件的輸入失調電壓 rio被測器件的開環差模輸入電阻 ros---------輔助放大器的開環輸出電阻 注：我測試中心通用運放測試包中 ri=50 ohm，rf=10k ohm，r1=r2=100k ohm， rl=2k,10k ohm。採用的輔助運算放大器為 lf353。 2．引數測試（主要介紹 10 項常規電引數的測試） 2．1 輸入失調電壓（vos） 2．1．1 定義：運放輸出電壓為零（或規定值時：針對單電源運放測試）時，運放兩輸入端 間所加的直流補償電壓。 2．1．2 測試原理圖 2．1．3 測試說明 失調電壓（vos）測試原理如圖 2，圖中 a 為輔助放大器，其要求是閉環增益大於 40db， 李雷第 3 頁 2008-9-10 運算放大器電引數測試方法 有一定的輸出幅度，一般運放均可使用。由圖看來，只要接入被測器件（dut），由於總體 環路很強的負反饋作用，被測器件的輸出能自動調零，其總輸出電壓為： vl=(vos+ios*ri)(1+rf/ri) 當 ios*ri<>1 時 則有 vos≌ri/rf*vl=vl/(rf/ri) 若 rf=10k ri=50 ohm 那末 vos=vl/200 有式可見只要測的 vl 值即可計算出失調電壓 vos。 2．1．4 注意事項 1） 當被測器件為單電源運放時，k4 應連線到 vref（即 ltx-77 系統的 vs1），並設定 vref 為-1.4v（使被測器件輸出為+1.4v），被測器件的輸出在正常的範圍之內。 2） 輸入失調電壓的溫度係數（溫度漂移）的定義：在規定的溫度範圍內，單位溫度變化 所引起的輸入失調電壓的變化率。計算公式為： &vos=(vos2-vos1)/(ta2-ta1) 3) 輸入失調電壓的調零（失調電壓調解範圍的測試） 左圖中運放的管腳 1 和管腳 5 是失調電壓調零端。右圖為運放失調電壓調零典型連 接方法。 4）運放失調電壓的單管測試法 對一些復合電路（如：pwm 器件）採用單管測試法測試 vos 引數是非常方便的。圖 4 為該方法的原理圖，由圖看出：vo=(vos+ios*ri)*(1+rf/ri) 當 rf=10k，ri=100ohm 李雷第 4 頁 2008-9-10 運算放大器電引數測試方法 時被測器件接成 100 倍的放大器。則 vos=vo/100。 因此只要測得 vo，即可得到 vos。 2．2 輸入失調電流（ios） 2．2．1 定義：使被測器件輸出電壓為零（或規定值：針對單電源運放測試）時，流入 兩輸入端的電流之差。 2．2．2 測試原理圖 2．2．3 測試說明 失調電流 ios 的測量。原理如圖 5 所示，測試分兩步進行，第一步 k1，k2 同 時閉合，r 被短路，輔助運放輸出為 vl1=(1+rf/ri)*(vos+ios*ri) 第二步將 k1，k2 同時斷開，接入電阻 r，輔助輸出為： vl2=(1+rf/ri)*(vos+ios*ri+ios*r) 兩電壓求差得：vl2-vl1=(1+rf/ri)*ios*r 所以：ios=(vl2-vl1)/(r*(1+rf/ri)) 當 rf/ri=200 時 ios=(vl2-vl1)/(200*r) 顯然選用適當的 r 值，只要測得&vl 即可求出失調電流 ios 之值。 2．2．4 注意事項 1） 當被測器件為單電源運放時，k4 應連線到 vref（即 ltx-77 系統的 vs1），並設定 vref 為-1.4v（使被測器件輸出為+1.4v），被測器件的輸出在正常的範圍之內。 2） 輸入失調電流的溫度係數（溫度漂移）的定義：在規定的溫度範圍內，單位溫度變化 所引起的輸入失調電流的變化率。計算公式為： &ios=(ios2-ios1)/(ta2-ta1) 3) r、ri、rf 應滿足下列要求：ios*r>>vos 同時 ios*(ri‖rf)< r、ri、rf 的精度決定了測試精度。 2．3 輸入偏置電流 ib 李雷第 5 頁 2008-9-10 運算放大器電引數測試方法 2．3．1 定義：使被測器件輸出電壓為零（或規定值：針對單電源運放測試）時，流入兩 輸入端電流的平均值。ib=(ib_+ib+)/2 2．3．2 測試原理圖 2．3．3 測試說明 輸入偏置電流ib的測試，測試原理圖與測ios的原理圖完全相同。測試仍分兩步進行。 第一步，繼電器k1 斷開，k2 閉合，可測得： vl1=(1+rf/ri)*(vos+ib-*r+ios*ri)。 第二步，k2 斷開，k1 閉合，可測得：vl2=(1+rf/ri)*(vos-ib+*r+ios*ri)。兩電壓 求差得：vl1-vl2=(1+rf/ri)*(ib_+ib+)*r 所以：ib=(ib_+ib+)/2=(vl1-vl2)/(r*(1+rf/ri)) 。當rf/ri=200 時： ib=&vl/(400*r) 注意事項 關於運放的輸入偏置電流和輸入失調電流的測試，若按圖 5 的原理進行測試，由計算 公式可知，它是靠偏置電流在輸入端串接的電阻r上產生的壓降來進行測試的，但由於 各種不同輸入型別的運算放大器輸入偏置電流差別太大，從幾個pa到幾十個ua約有 106數量級的差別，如果選用某一固定的電阻r不可能對大多數運放進行精確的測量。因 此我測試中心基於ltx-77 測試系統的通用運放測試包中對運放的這兩項引數的測試採 用了電流電壓轉換法來進行測試。以下做一簡單介紹： 如測試原理圖（圖 6）中的 a2 是一高輸入阻抗的精密運放，由於它的輸入偏置電流 ib<0.1pa，因此對測量大於 10pa 的電流來說可以忽略它的影響。當開關 k3 接 2 端時， 被測器件（dut）的輸入偏置電流（ib+或 ib_視開關 k1、k2 的狀態而定）經 k3 流入 電流電壓轉換電路，在 a2 的輸出端產生一電壓 va，由於放大器 a2 虛地作用，其反相 輸入端電壓也近似穩定在地電位，因此該電路的接入並不影響測試環路的狀態。偏置電 流的計算很簡單，當 ib_接入 a2 時，由流壓轉換器的輸出測得電壓 va，則 ib_=va/r9。 對於 10na 以上的偏置電流的測量均可採用這種方法。 第二部分模擬電路實驗 實驗2.9 整合運算放大器的測試 要點提示 一 實驗目的 二 實驗預習要求 三 實驗原理 四 實驗儀器裝置 五 練習內容及方法 六 實驗報告 內容簡介 一 實驗目的 掌握整合運算放大器主要引數的測試方法。二 實驗預習要求 1.複習運算放大器的工作原理和主要引數的物理意義。2.了... 一 運算放大器 放大器 能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置。運算放大器 運算放大器 operational amplifier,簡稱op opa opamp 是一種直流耦合 差模 差動模式 輸入 通常為單端輸出 differential in,single ended output 的高增益 gai... 儀表放大器與運算放大器的區別是什麼？儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環增益單元。大多數情況下，儀表放大器的兩個輸入端阻抗平衡並且阻值很高，典型值 109 其輸入偏置電流也應很低，典型值為 1 na至 50 na。與運算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐 m 運算放...整合運算放大器
運算放大器簡介
儀表放大器與運算放大器的區別