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电路测验中的运算放大器参数

电路测试中的运算放大器参数- 现在经常使用三种测试电路拓扑对运算放大器 DC 参数进行工作台及生产测试。

  单个测验电路在那个时候或许够用,但今日并非如此,由于现代运算放大器具有更全面的标准。因而,单个测验电路不再包办一切 DC 测验。

  现在常常运用三种测验电路拓扑对运算放大器 DC 参数进行作业台及出产测验。这三种拓扑为 (1) 双运算放大器测验环路、(2) 自测验环路(有时称毛病求和点测验环路)和 (3) 三运算放大器环路。您可运用这些电路测验 DC 参数,其间包含静态电流 ()、电压失调 ()、电源按捺比 (PSRR)、共模按捺比 (CMRR) 以及 DC 开环增益 ()。

  静态电流

  静态电流是指器材输出电流等于零时其所耗费的电流。虽然 测验看起来恰当简略,但也有必要留意确保杰出的成果,尤其是在处理极高或极低部件时。图 1 是可用来测验及其它参数的三种有用电路,其有必要考虑若干负载电流状况。这包含测验环路中的反应电流。实践上,反应电阻器 也能给器材带来负载,影响 丈量。

  

  图 1.这三款电路可用来丈量静态电流 () 。

  咱们以测验 OPA369 运算放大器为例来阐明这些电路。该部件的最大静态电流是每通道 1µA。最大输入失调电压为 750µV。图 1 中的双运算放大器环路电路可为被测验器材的输出供给 750.75mV 的电压。这种输入电压可使经过 15µA 的电流。该电流来自电源,会给任何丈量添加差错。因而在进行丈量之前,有必要采纳办法确保输出电流真的等于零。

  自测验电路不是丈量极低静态电流的最高效电路,由于输出有必要供给反应电流。在该施行过程中,输出有必要依据增益后的电压失调调整(并非易事),或许需求断开以上原理图中的 50Ω 电阻器,以消除反应电流。双放大器环路可经过添加另一个放大器来到达零输出要求。精心挑选低输入偏置电流环路放大器,可使输出电流产生的差错十分小。

  此外,三运算放大器环路也可帮您丈量,但要留意被丈量器材输出端的 1MΩ 电阻器,这将成为一个问题,由于不论丈量哪种参数,它总是一个寄生负载。假如丈量输出负载电流,该电阻器就代表一个附加负载。此外,还有必要考虑该电阻器的噪声问题,在 0.1Hz 至 10kHz 的频率下 1MΩ 电阻器的噪声为 85μVp-p。运用 100kΩ 电阻器可将噪声下降至 27μVp-p。因而,下降电阻器值可下降噪声,但被丈量器材输出端的寄生电阻器负载随后会更显着。

  电压失调

  测验是丈量运算放大器大多数其它 DC 技能参数的根底。因而要分外留意测验电路,以确保在测验其它参数时电路也能杰出作业。假如没有挑选好该测验装备,会影响到其它 DC 丈量。

  的界说办法有多种,常见办法包含:“无输入信号或无电源电阻时供给零输出电压所需的差分 DC 输入电压”(参阅资料 2),或许“在任一输入端至接地的途径中无其它输入信号及电阻为零时供给零输出电压所需的差分 DC 输入电压”(参阅资料 3)。另一种界说办法为“在输入偏置电流为零时在运算放大器输出端供给零电压所需的差分 DC 输入电压”,这是丈量输入失调电压的抱负理论办法,并不具有实践含义,由于零输入偏置电流的运算放大器并不存在。

  依据以上界说,您既可将低输出、高精度、高分辨率的可变电压电源衔接至运算放大器的输入端,也可调理输入电压,直到输出电压为零。那么输入失调电压就仅仅所运用输入电压的反选。

  这种办法存在两个严重问题。在测验具有极高开环增益的运算放大器时,有必要确保电压电源的分辨率小于 1 微伏才干确保取得恣意程度的可重复性。此外,还有必要运用迭代挨近法使输出电压为零。体系中的噪声会耦合到电压电源和运算放大器中,使高速自动化测验环境下的丈量和操控简直无法完结。

  

  图 2. 运用该电路丈量电压失调

  由于抱负办法的这些问题,因而在作业台测验环境下所挑选的常用办法是将被测验器材放在反相增益装备中,如图 2 所示。这种办法的优势在于不只被测验器材很安稳,并且一般不需求额定的补偿。

  此外,测验电路或许还需求在非反相输入与接地之间供给一个 50Ω 电阻器,以抵消输入偏置电流。不过,关于输入偏置电流极低的运算放大器而言,该电阻器的仅有真实“奉献”便是添加噪声。关于 100pA 的器材来说,没有该电阻器时附加差错只要 0.005µV。这种抵消效果只要在偏置电流的方向和量级都持平时才起效果。

  图 2 中的电路是图 1 中自测验求和点办法的简略,但没有电阻器 R1 和 R2。该电路对大多数运算放大器来说具有固有的安稳性,其一般可压倒任何潜在的缺乏,使之成为首选测验电路。

  假如运用图 2 中的测验电路进行其它测验,其缺陷就会闪现。例如,图 2 中的电路会对丈量 等其它参数产生影响。

  这种未驱动的电路会导致 差错,差错值等于(* 闭环增益)* (单位是V/V)。该差错或许无关紧要,也可经过运用恰当的 VIN 使 为 0.0V 来下降。

  可运用以下核算公式 1 调整所需输出的输出端差错补偿公式。

  

  一般可在测验环路中运用一个附加放大器,如图 1 双放大器环路所示。这种装备最挨近 界说的要求。被测验器材的输出坚持在环路放大器至接地的 之内。假如环路放大器支撑 V 调理,或许您可经过操控非反相输入来消除失调,就能够不论环路放大器的失调。经过这种办法,您就可使被测验器材的输出为零。在 端测得的电压为 1001*。除非有负载衔接至被测验器材的输出端,不然该输出有必要只供给环路放大器输入偏置电流。在丈量静态电流时,这关于低 部件而言是个重要的留意事项。在前面的两款电路中,被测验器材有必要将反应电流供给给

  经过将环路放大器的非反相输入衔接至可编程电压电源,便可丈量运算放大器的其它性能参数,例如 、输出摆幅和 CMRR。由于环路操控电压是改动的,因而被测验器材的输出会测验与操控电压匹配。

  留意,双放大器环路有以下缺陷:

  比自测验电路更杂乱;

  需求环路补偿,由于电路自身并不安稳;

  只能在环路放大器的共模范围内操控被测验器材的输出。

  假如环路未得到恰当补偿,电路就会振动。您可经过与并联一个恰当的%&&&&&%器来安稳环路。为环路放大器安置恰当的 RC 组合也能安稳环路。咱们将在今后的文章中讨论该环路补偿问题。

  双放大器环路测验法的一种改动办法为三放大器环路,其可经过电流引导完结对被测验器材输出电压的操控。该环路的补偿可经过第二个环路放大器的 RC 组合进行设置。与在双运算放大器电路中一样,被测验器材的电压失调也是在 端丈量,并且 是电压失调的 1001 倍。该电路拓扑可解决前一种电路的被测验器材输出摆幅约束问题。假如需求更大的输出摆幅,能够减小与环路操控电压串联的电阻器。

  留意,三放大器环路存在如下缺陷:

  比其它电路更杂乱;

  需求环路补偿,由于电路自身不安稳;

  被测验器材的输出总是具有 1MΩ 的最小负载。

  电源按捺比

  PSRR 是电源电压改动绝对值与运算放大器输入失调电压改动的比值。简略来说,便是运算放大器在特定范围内按捺电源电压改动的才干。由于需求失调电压来完结该丈量,因而您可运用现有技能来丈量 。图 1 中的三种测验环路都可用来完结 PSRR 丈量。办法是将电源 +VS 和 -VS 设置为被测验器材的最低电源电压,并丈量 1001*。接下来,将电源电压设置为被测验器材的最大电压,然后再次丈量 1001*。公式 2 和公式 3 是 PSRR 的核算办法。

  

  在运用这种办法时,有些运算放大器需求考虑其它要素。这些运算放大器有足够低的作业电压,电源的中心点(零共模电压)可超过低电源装备运算放大器所答应的最大共模电压。有些轨至轨输入器材有多个输入级,可在这种条件下平稳作业,但它们会转化至不同的输入级,导致 PSRR 核算差错。在这两种放大器中,固定共模电压可防止共模饱满或输入级转化。为 PSRR 测验的这两种丈量办法坚持稳定共模电压,会产生一个可在 PSRR 核算过程中抵消的过错。这些器材所需的实践共模电压将依据放大器输入级的拓扑改动而改动。

  共模按捺比

  CMRR 是差分电压增益与共模电压增益之比,也便是运算放大器在特定范围内按捺共模电压的才干。由于需求失调电压来完结该丈量,因而您可运用现有 丈量技能来丈量 CMRR。

  

  图 3. 该双放大器环路可帮助您丈量运算放大器的 CMRR。

  在该测验过程中,需求改动输入共模电压并丈量运算放大器 的改动。最清楚明了的办法是向被测验器材的非反相输入端运用共模电压。该办法需求丈量体系以所运用的共模电压为参阅。图 3 是双放大器环路的测验设置。

  假如您期望完结相关接地的一切丈量,应将非反相输入衔接至接地,并以盯梢办法正向或负向移动电源,以向放大器运用有用共模电压。有必要使输出处于电源的中心点,才干消除影响 CMRR 丈量的 差错。公式 4 和公式 5 是 CMRR 的核算办法。

  

  DC 开环增益

   是输出电压与差分输入电压之比。该丈量需求丈量多个点的输入失调电压并核算 AOL。

  丈量 时需求了解一下被丈量运算放大器的输出行为。抱负状况下,运算放大器或许一向摇摆至两个电源轨。实践并非如此。 在给定负载下与电轨有必定的间隔。

  假定输出可从 (正)摇摆至 (负)。假如使输出到达 (正),被测验器材输入端的电压就将为 + (正)。需求额定的电压 (正)将输出驱动到 (正)。相反,假如使输出到达 (负),被测验器材输入端的电压就将变为 + (负)。您需求丈量输入端的这种改动,以完结所需的满量程输出。

  运用图 1 丈量 的办法是:

  

  

  在今后的文章中,咱们将介绍规划和测验运算放大器时需求重视的输入偏置电流测验状况和差错源。咱们将供给一款测验电路,您可用它来整合自测验电路与双放大器环路,充分发挥这两种测验办法的优势。第三篇文章将介绍补偿问题,由于假如没有恰当的补偿,双放大器环路就会产生振动。

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