实验五 集成运算放大器参数测试
一、实验目的：
1．通过对集成运算放大器741参数的测试，了解集成运算放大器组件主要参数的定义和表示方法。
2．掌握运算放大器主要参数的测试方法。
二、实验原理：
集成运算放大器是一种使用广泛的线性集成电路器件，和其它电子器件一样，其特性是通过性能参数来表示的。
集成电路生产厂家为描述其生产的集成电路器件的特性，通过大量的测试，为各种型号的集成电路制定了性能指标。
运算放大器的性能参数可以使用专用的测试仪器进行测试（“运算放大器性能参数测试仪”），也可以根据参数的定义，采用一些简易的方法进行测试。
本次实验是学习使用常规仪表，对运算放大器的一些重要参数进行简易测试的方法。
实验中采用的集成运算放大器型号为741，其引脚排列如图5.1所示。
它是一种八脚双列直插式器件，其引脚定义如下：
①、⑤调零端；
图 5.1 741引脚
②反相输入端；
③同相输入端；
④电源负极；
⑥输出端；
⑦电源正极；
⑧空脚。
以下为主要参数的测试方法：
1．输入失调电压：
理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。
但在真实的集
成电路器件中，由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体管组成的差动输入级，不对称的主要原因是两个差放管的U BE 不相等），使得输入为零时，输出不为零。
这种输入为零而输出不为零的现象称为“失调”。
为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做“输入失调电压”，记作U IO或V OS。
输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数：
式中：U IO — 输入失调电压 U OO — 输入为零时的输出电压值
A od — 运算放大器的开环电压放大倍数
本次实验采用的失调电压测试电路如图5.2所示。
闭合开关K1及K2，
使电阻R B短接，测量此时的输出电压U O1即为输出失调电压，则输入失调电压
图5.2 U IO，I IO测试电路
实际测出的U O1可能为正，也可能为负，高质量的运算放大器U IO一般在1mV以下。
测试中应注意：
①要求电阻R1和R2，R3和R F的阻值精确配对。
2．输入失调电流I IO
当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为I IO（有的资料中使用符号I OS）。
式中：I B1，I B2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。
输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于I B1，I B2本身的数值已很小（μA或nA级），因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如图5.2所示，测试分两步进行：1）闭合开关K1及K2，将两个R B短路。
在低输入电阻下，测出输出
电压U O1，如前所述，这是输入失调电压U IO所引起的输出电压。
2）断开K1及K2,将输入电阻R B接入两个输入端的输入电路中，由于R B阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，因此，测出两个电阻R B接入时的输出电压U O2，从中扣除输入失调电压U IO的影响（即U O1），则输入失调电流I IO为：
一般，I IO在100nA以下。
测试中应注意：①两端输入电阻R B应精确配对。
3．开环差模放大倍数A od
集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用A od表示。
它定义为开环输出电压U O与两个差分输入端之间所加差模输入信号U id之比：
或（dB）
按定义A od应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。
由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而且在开环情况下U O的漂移量太大，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。
A od的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图5.3所示。
被测运放一方面通过R F、R1、R2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移；另一方面通过R F和R S实现交流闭环，外加信号U S经R1、R2分压，使U id足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R3应与反相输入端电阻R2相匹配，以减小输入偏置电流影响，电容C为隔直电容。
被测运放的开环电压放大倍数为：
图5.3 Aod的测试电路
A od一般约为105（100dB）左右。
测试中应注意：
①输入信号频率应较低，一般用50～100HZ，输出信号幅度应较
小，而且无明显失真。
4．共模抑制比K CMR
集成运放的差模电压放大倍数A od与共模电压放大倍数A oc之比称为共模抑制比，记为K CMR（或CMRR）。
或
式中：A od—差模电压放大倍数；A oc—共模电压放大倍数。
图5.4 K CMR测试电路
共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、相位都相等的输入信号，是一种无用的信号（常因电路结构、干扰和温漂造成）。
理想运算放大器的输入级是完全对称的，其共模电压放大倍数为零，所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输入信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。
但在实际的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍数不可能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。
输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。
人们用共模抑制比K CMR来衡量集成运算放大器对共模信号的抑制能力。
K CMR愈大，对共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。
K CMR的测试电路如图5.4所示。
为了便于测试，采用闭环方式。
集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数，根据使用的电阻值，用下面公式计算：
使用图5-4的电路可测得共模输入信号U ic和共模输出信号U oc，根据
测得的U ic、U oc值用下式计算出共模电压放大倍数：
图5.5 U ICM测试电路
由A d和A c计算得共模抑制比：
测试中应注意：
①输入信号U ic幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围U ICM.
5．共模输入电压范围U ICM
集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，运放的K CMR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。
U ICM的测试电路如图5.5所示。
(A)
被测运放接成电压跟随器形式，输出端接示波器，观察最大不失真
输出波形，从而确定U ICM值。
图5.6 U OPP测试电路
6．最大输出电压U OPP
集成运放的最大输出电压又称输出电压动态范围，记为U OPP，该参数与电源电压、外接负载及信号源频率有关。
测试电路如图5.6所示。
改变U S幅度，观察U O削波顶失真开始时刻，从而确定U O的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值U OPP。
三、实验设备与器件
1．信号发生器
2．双踪示波器 3．交流毫伏表
4．数字万用表 5. 集成运算放大器 741
6. 电阻器 51Ω×2 ，51KΩ×2, 1KΩ×2 2KΩ×2, 10KΩ×2，100KΩ×2
7．电解电容器 100μF×1
四、实验内容
1．测量输入失调电压U IO
按图5.2连接实验电路，闭合开关K1、K2，用直流电压表测量输出电压U O1，并计算U IO 。
记入表5-1.
表5-1
U IO（mV）I IO(nA)A od(db)CMRR(db)U ICM（V）U OPP（V）
实测值实测值实测值实测值实测值实测值
2. 测量输入失调电流I IO
实验电路如图5-2,打开K1，K2，用直流电压表测量U O2,计算I IO。
记入表5-1。
3. 测量开环差模电压放大倍数A od
按图5-3连接实验电路，运放输入端加频率100H Z, 大小约为30mV～50mV正弦信号作为U i，用示波器监视输出波形。
用交流毫伏表测量U o 和U i,并计算A od。
记入表5-1。
4. 测量共模抑制比K CMR
按图5-4连接实验电路，运放输入端加 f = 100Hz , U ic= 1～2V正弦信号，监视输出波形。
测量U oc和U ic,计算A d 、A C 及K CMR ,记入表5-1。
5. U ICM的测试电路如图5.5所示，运放输入端加 f = 100Hz正弦信号，输出端接示波器。
改变输入电压U S，观察最大不失真输出波形，记录U ICM值到表5-1。
(A)
6. 最大输出电压U OPP的测试电路如图5.6所示。
运放输入端加 f = 100Hz正弦信号，输出端接示波器。
改变U S幅度，观察U O削波顶失真开始时刻，记录U OPP到表5-1。
五、实验总结。