通用集成运算放大器测试方法Word文档格式.docx
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OP37A)、高速运放(AD847)等。
5.从工作原理上可分为:
电压反馈型运放、电流反馈型运放(AD811)、跨倒运放
(CA3180)等。
6.从应用场合上可分为:
通用运放、仪表运放(INA128)、音频运放(LM386)、视频运
放(AD845)、隔离运放(BB3656)等。
2.通用运放的典型测试原理图(INTERSIL公司)
第1页
2008-9-10
二、电参数的测试方法以及注意事项
一般来说集成运算放大器的电参数分为两类:
直流参数和交流参数。
直流参数主要
包括:
失调电压、偏置电流、失调电流、失调电压调节范围、输出幅度、大信号电压增
益、电源电压抑制比、共模抑制比、共模输入范围、电源电流十项。
交流参数主要包括:
大信号压摆率、小信号过冲、单位增益带宽、建立时间、上升时间、下降时间六项。
而
其中电源电流、偏置电流、失调电流、失调电压、输出幅度、开环增益、电源电压抑制
比、共模抑制比、大信号压摆率、单位增益带宽这十项参数反映了运算放大器的精度、
速度、放大能力等重要指标,故作为考核运放器件性能的关键参数。
通常运算放大器电参数的测试分为两种方法:
一种是单管测试法,另一种是带辅助
放大器的测试方法。
尽管单管测试法外围线路较为简单,但由于不同运放各项电参数差
异很大,不利于计算机测试系统实现自动测试,故在生产测试中较少采用(有兴趣的人
员可参考北京市半导体器件研究所李铭章教授编写的《运算放大器电参数测试方法》)。
为了能采用统一的测量线路实现自动测试,发展了利用辅助放大器进行测试的新方法。
该测试方法具有以下优点:
1)被测器件的直流状态能自动稳定,且易于建立测试条件;
2)环路具有较高的增益,有利于微小量的精确测量;
3)可在闭环条件下实现开环测试;
4)易于实现不同参数测试的转换,有利于实现自动测试。
鉴于运放辅助放大器测试方
法所具有的优越性,该方法已被国际电工委员会(IEC)确定为运算放大器测试标准。
我测试中心基于LTX—77测试系统开发的通用运放测试包也是参考了该标准而设计的
(可参考由胡浩同志编写的《运放测试包规范》)。
图1为运放的辅助放大器测试方法的
基本原理图。
图中运放A为辅助放大器,DUT为被测运放。
辅助放大器应满足以下要求:
a.开环增益大于60Db;
b.输入失调电流和输入偏值电流应很小;
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c.动态范围足够大
环路元件应满足下列要求:
a.RI*IIB<
<
VIO
b.R<
RIO
c.R*IIB>
>
d.ROS<
RF<
e.R1=R2
f.R1>
RL
g.RF/RI值决定了测试精度,但必须保证辅助运放在线性区工作。
式中:
IIB-----------被测器件的输入偏置电流
VIO----------被测器件的输入失调电压
RIO----------被测器件的开环差模输入电阻
ROS---------辅助放大器的开环输出电阻
注:
我测试中心通用运放测试包中RI=50OHM,RF=10KOHM,R1=R2=100KOHM,
RL=2K,10KOHM。
采用的辅助运算放大器为LF353。
2.参数测试(主要介绍10项常规电参数的测试)
2.1输入失调电压(VOS)
2.1.1定义:
运放输出电压为零(或规定值时:
针对单电源运放测试)时,运放两输入端
间所加的直流补偿电压。
2.1.2测试原理图
2.1.3测试说明
失调电压(VOS)测试原理如图2,图中A为辅助放大器,其要求是闭环增益大于40DB,
第3页
有一定的输出幅度,一般运放均可使用。
由图看来,只要接入被测器件(DUT),由于总体
环路很强的负反馈作用,被测器件的输出能自动调零,其总输出电压为:
VL=(VOS+IOS*RI)(1+RF/RI)当IOS*RI<
VOS,且RF/RI>
1时
则有VOS≌RI/RF*VL=VL/(RF/RI)若RF=10KRI=50OHM
那末VOS=VL/200
有式可见只要测的VL值即可计算出失调电压VOS。
2.1.4注意事项
1)当被测器件为单电源运放时,K4应连接到VREF(即LTX-77系统的VS1),并设置
VREF为-1.4V(使被测器件输出为+1.4V),被测器件的输出在正常的范围之内。
2)输入失调电压的温度系数(温度漂移)的定义:
在规定的温度范围内,单位温度变化
所引起的输入失调电压的变化率。
计算公式为:
&
VOS=(VOS2-VOS1)/(TA2-TA1)
3)输入失调电压的调零(失调电压调解范围的测试)
左图中运放的管脚1和管脚5是失调电压调零端。
右图为运放失调电压调零典型连
接方法。
4)运放失调电压的单管测试法
对一些复合电路(如:
PWM器件)采用单管测试法测试VOS参数是非常方便的。
图4
为该方法的原理图,由图看出:
VO=(VOS+IOS*RI)*(1+RF/RI)当RF=10K,RI=100OHM
第4页
时被测器件接成100倍的放大器。
则VOS=VO/100。
因此只要测得VO,即可得到VOS。
2.2输入失调电流(IOS)
2.2.1定义:
使被测器件输出电压为零(或规定值:
针对单电源运放测试)时,流入
两输入端的电流之差。
2.2.2测试原理图
2.2.3测试说明
失调电流IOS的测量。
原理如图5所示,测试分两步进行,第一步K1,K2同
时闭合,R被短路,辅助运放输出为
VL1=(1+RF/RI)*(VOS+IOS*RI)
第二步将K1,K2同时断开,接入电阻R,辅助输出为:
VL2=(1+RF/RI)*(VOS+IOS*RI+IOS*R)
两电压求差得:
VL2-VL1=(1+RF/RI)*IOS*R
所以:
IOS=(VL2-VL1)/(R*(1+RF/RI))当RF/RI=200时
IOS=(VL2-VL1)/(200*R)
显然选用适当的R值,只要测得&
VL即可求出失调电流IOS之值。
2.2.4注意事项
2)输入失调电流的温度系数(温度漂移)的定义:
所引起的输入失调电流的变化率。
IOS=(IOS2-IOS1)/(TA2-TA1)
3)R、RI、RF应满足下列要求:
IOS*R>
VOS同时IOS*(RI‖RF)<
VOS
R、RI、RF的精度决定了测试精度。
2.3输入偏置电流IB
第5页
2.3.1定义:
针对单电源运放测试)时,流入两
输入端电流的平均值。
IB=(IB_+IB+)/2
2.3.2测试原理图
2.3.3测试说明
输入偏置电流IB的测试,测试原理图与测IOS的原理图完全相同。
测试仍分两步进行。
第一步,继电器K1断开,K2闭合,可测得:
VL1=(1+RF/RI)*(VOS+IB-*R+IOS*RI)。
第二步,K2断开,K1闭合,可测得:
VL2=(1+RF/RI)*(VOS-IB+*R+IOS*RI)。
两电压
求差得:
VL1-VL2=(1+RF/RI)*(IB_+IB+)*R
IB=(IB_+IB+)/2=(VL1-VL2)/(R*(1+RF/RI))。
当RF/RI=200时:
IB=&
VL/(400*R)
注意事项
关于运放的输入偏置电流和输入失调电流的测试,若按图5的原理进行测试,由计算
公式可知,它是靠偏置电流在输入端串接的电阻R上产生的压降来进行测试的,但由于
各种不同输入类型的运算放大器输入偏置电流差别太大,从几个PA到几十个UA约有
106数量级的差别,如果选用某一固定的电阻R不可能对大多数运放进行精确的测量。
因
此我测试中心基于LTX-77测试系统的通用运放测试包中对运放的这两项参数的测试采
用了电流电压转换法来进行测试。
以下做一简单介绍:
如测试原理图(图6)中的A2是一高输入阻抗的精密运放,由于它的输入偏置电流
IB<
0.1PA,因此对测量大于10PA的电流来说可以忽略它的影响。
当开关K3接2端时,
被测器件(DUT)的输入偏置电流(IB+或IB_视开关K1、K2的状态而定)经K3流入
电流电压转换电路,在A2的输出端产生一电压VA,由于放大器A2虚地作用,其反相
输入端电压也近似稳定在地电位,因此该电路的接入并不影响测试环路的状态。
偏置电
流的计算很简单,当IB_接入A2时,由流压转换器的输出测得电压VA,则IB_=VA/R9。
对于10Na以上的偏置电流的测量均可采用这种方法。
第6页
但对于10Na以下电流的测量,由于电流在电阻R9上产生的压降太小,不能准确地测
出电压值(VA),这时可采用积分的方法。
即在被测电流IB+(或IB_)接入A2电路后,
断开K4使电容C被IB+(或IB_)充电,并在某一时刻(T1)采得该时刻的输出电压VA1,
由于A2反相端始终为地点位(虚地),因此充电电流IB+(或IB-)在充电过程中保持不
变,设在T2时刻由A2输出端采得电压为VA2,则可由下式计算出电流IB+(或IB_):
IB+(或IB_)=K*(VA2-VA1)/(T2-T1)式中K为一比例常数。
由上式的结果就可进一步
算出输入偏置电流IB和输入失调电流IOS分别为:
IB=(IB++IB-)/2
IOS=IB+-IB-
我测试中心所采用的电流电压转换器中A2为AD515,R9=1MOHM,C=100PF,
T2-T1=100ms。
(详细资料可参考通用运放测试包文档)
2.4
静态功耗PD
2.4.1定义:
输入端无信号且输出端无负载时,器件所消耗的电源功率。
2.4.2测试原
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