Ⅹ 集成电路总设计 _运算放大器

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一、实验原理：
运算放大器符号如图1所示，有两个输入端。一个是反相输入端用“-”表示，另一个是同相输入端用“+”表示。可以是单端输入，也可是双端输入。若把输入信号接在“-”输入端，而“+”端接地，或通过电阻接地，则输出信号与输入信号反相，反之则同相。
若两个输入端同时输入信号电压为V- 和V+ 时，其差动输入信号为VID= V- －V+。开环输出电压V0=。AV0为开环电压放大倍数。
运算放大器在实际使用中，为了改善电路的性能，在输入端和输出端之间总是接有不同的反馈网络。通常是接在输出端和反相输入端之间。
图1 运算放大器符号
（1）、开环电压增益
开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其值为输出端电压变化量V0和输入电压变化量
由于开环电压增益 AV0很大，输入信号VI很小，加之输入电压与输出电压之间有相位差，从而引人了较大的测试误差，实际测试中难以实现。测试开环电压增益时，都采用交流开环，直流闭环的方法。测试原理如图2 所示。
图2 开环直流电压增益测试原理图
直流通过RF实现全反馈，放大器的直流增益很小，故输入直流电平十分稳定，不需进行零点调节。取 CF足够大，以满足 RF 》 l/ CF ，使放大器的反相端交流接地，以保证交流开环的目的。这样只要测得交流信号电压vS和vo，就能得到
在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大无失真的波形。保持输入电压不变，增加输入电压频率，当输出电压的幅值降低到低频率值的 0.707倍，此时频率为开环带宽。
（2）、输入失调电压VIO
图3 输入失调电压和失调电流测试原理图
由于运放电路参数的不对称，使得两个输入端都接地时，输出电压不为零，称为放大器的失调。为了使输出电压回到零，就必须在输入端加上一个纠偏电压来补偿这种失调，这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压，用VIO表示。
故VIO的定义为使输出电压为零在两输入端之间需加有的直流补偿电压。
输入失调电压的测量原理如图3所示。图中直流电路通过 RI 和 RF 接成闭合环路。通常RI的取值不超过 100 , RF 》 RI 。这时若测得输出电压为Vo1，就可推算出输入端的失调电压为
【Ⅹ集成电路总设计】（3）共模抑制比kCMR
运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制比，用kCMR表示。它定义为差模电压增益 AVD 和共模电压增益AVC之比，即
图4 共模抑制比测试原理图
测试原理如图 4所示。由于 RF 》RI ,该闭环电路对差模信号的增益
共模信号的增益
因此，只要从电路上测出VO和VS，即可求出共模抑制比
kCMR的大小往往与频率有关，同时也与输入信号大小和波形有关。测量的频率不宜太高，信号不宜太大。
（4）、电压转换速率SR的测试
电压转换速率SR定义为运放在单位增益状态下，在运放输入端送入规定的大信号阶跃脉冲电压时，输出电压随时间的最大变化率。
图 5 电压转换速率侧试原理图
SR的测试原理如图 5（a ）所示。测试时取 RI = RF ，在输入端送入脉冲电压，从输出端见到输出波形，如图5 (b）所示。这时可以规定过冲量的输出脉冲电压上升沿（下降沿）的恒定变化率区间内，取输出电压幅度V0和对应的时间t，由计算公式求出
通常上升过程和下降过程不同，故应分别测出 SR+和SR- 。