運(yùn)算放大器測(cè)試原理培訓(xùn)課件

1、半導(dǎo)體集成運(yùn)算放大器測(cè)試方法基本原理 培訓(xùn)課程系列一測(cè)試方法基本原理是依據(jù)中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 3442-86講授內(nèi)容： 1、總的要求 2、參數(shù)測(cè)試輸入失調(diào)電壓VIO輸入失調(diào)電流IIO 輸入偏置電流IIB靜態(tài)功耗PD開環(huán)電壓增益AVD共模抑制比K CMR電源電壓抑制比KSVR開環(huán)差模輸入電阻RID開環(huán)輸出電阻ROS 輸出峰-峰電壓VOPP 最大共模輸入電壓VICM 最大差模輸入電壓VIDM 最大輸出電流I OM 輸出短路電流I OS 通道分離度CSR 等效輸入噪聲電壓VN 開環(huán)帶寬fBW 全功率帶寬fBWP 返回 總的要求：無(wú)特殊說明，測(cè)試期間，環(huán)境或參考點(diǎn)溫度偏離規(guī)定值的范圍應(yīng)符合器件詳細(xì)

2、規(guī)范的規(guī)定；測(cè)試期間，應(yīng)避免外界干擾對(duì)測(cè)試精度的影響。測(cè)試設(shè)備引起的測(cè)試誤差應(yīng)符合器件詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定；測(cè)試期間，施于被測(cè)器件的電源的內(nèi)阻在訊號(hào)頻率下應(yīng)基本為零；電源電壓的偏差應(yīng)在規(guī)定值的正負(fù)1%以內(nèi)。在被測(cè)器件線性工作區(qū)測(cè)試時(shí)，交流小訊號(hào)幅度的逐漸減少，不應(yīng)引起參數(shù)值的變化。被測(cè)器件與測(cè)試系統(tǒng)連接或斷開時(shí)，不應(yīng)超過器件的使用極限條件。若有要求時(shí)，應(yīng)按器件詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的順序接通電源。測(cè)試期間，被測(cè)器件應(yīng)連接器件詳細(xì)規(guī)范規(guī)定的輔助電路和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試期間，被測(cè)器件應(yīng)避免出現(xiàn)自激現(xiàn)象。若電參數(shù)值是由幾步測(cè)試的結(jié)果經(jīng)計(jì)算而確定時(shí)，這些測(cè)試的時(shí)間間隔應(yīng)盡可能短。采用輔助放大器（A）與被測(cè)器件（DUT）構(gòu)

3、成閉合環(huán)路的方法測(cè)試時(shí)，基本測(cè)試原理圖如圖一所示。 （圖一） 輔助放大器應(yīng)滿足下列要求： A、開環(huán)增益大于60dB； B、輸入失調(diào)電流和輸入偏置電流應(yīng)很小； C、動(dòng)態(tài)范圍足夠大。 環(huán)路元件滿足下列要求： A、滿足下列表達(dá)式 RI . IIBVIO ； R RID ； R . IIB VIO ； ROS RF RID ； R1=R2 ； RL R1 。 其中，IIB 是被測(cè)器件的輸入偏置電流； VIO是被測(cè)器件的輸入失調(diào)電壓； RID是被測(cè)器件的開環(huán)差模輸入電阻； ROS是輔助放大器的開環(huán)輸出電阻。 B、RF/RI值決定了測(cè)試精度，但須保證輔助放大器在線性區(qū)工作。 返回 輸入失調(diào)電壓VIO定義：

4、 使輸出電壓為零（或規(guī)定值）時(shí)，兩輸入端間所加的直流補(bǔ)償電壓。 測(cè)試原理圖 測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 d、在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VLO。 由下式計(jì)算求出VIO： VIO=RI/（RI+RF）. VLO 注意事項(xiàng) RI、RF應(yīng)滿足下列要求： IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO； RF . VIO VIO IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO IIO . RI . RF/(RI+RF) VIO； RI和RF的精度決定了測(cè)試精度 （返回）靜態(tài)功耗PD定義：

5、 輸入端無(wú)信號(hào)且輸出端無(wú)負(fù)載時(shí)，器件所消耗的電源功率。測(cè)試原理圖 測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 d、在電源端V+及V分別測(cè)得I+及I。 由下式計(jì)算求出PD： PD=V+.I+V.I 注意事項(xiàng) RI的精度決定了測(cè)試精度 （返回）開環(huán)電壓增益AVD定義： 器件開環(huán)時(shí)，輸出電壓變化與差模輸入電壓變化之比。測(cè)試原理圖 測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、方法A直流測(cè)試法。 1、開關(guān)K4置“1”，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL4。 2、開關(guān)

6、K4置“2”，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL5。 由下式計(jì)算求出AVD： AVD=（VS+-IS-）/（VL4-VL5）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg （VS+-IS-）/|VL4-VL5|.（RI+RF）/R1 （dB） d、方法B交流測(cè)試法。 開關(guān)K4置“3”，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓V0。 由下式計(jì)算求出AVD： AVD=（VS/V0）.（RI+RF）/R1 或 AVD=20Lg （VS/V0）.（RI+RF）/R1 （dB） 注意事項(xiàng) a、（ VS+-IS-） VOPP； VS VOPP 其中，VOPP是被測(cè)器件輸出峰-峰電壓。 b、交流信號(hào)的頻率應(yīng)足夠低。 C

7、、RI、RF、R1和R2的精度決定了測(cè)試精度。 （返回）共模抑制比KCMR定義： 差模電壓增益與共模電壓增益之比。測(cè)試原理圖 KCMR的共模輸入法測(cè)試原理圖 KCMR的變電源法測(cè)試原理圖測(cè)試程序 方法1共模輸入法： a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 C、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 d、方法A直流測(cè)試法。 1、輸入端施加規(guī)定的直流共模信號(hào)電壓VIC+，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL6。 2、輸入端施加規(guī)定的直流共模信號(hào)電壓VIC-，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL7。 由下式計(jì)算求出KCMR： KCMR=（VIC+-VIC-）/（V

8、L6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg （VIC+-VIC-）/（VL6-VL7） .（RI+RF）/R1 （dB） e、方法B交流測(cè)試法。 輸入端施加規(guī)定的交流共模信號(hào)電壓VIC，在輔助放大器A的輸 出端測(cè)得電壓V0。 由下式計(jì)算求出KCMR： KCMR=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI （dB） 方法2變電源法： a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、方法A直流測(cè)試法（VIC為直流電壓） 1、電源端施加規(guī)定的電壓V+ VIC 和V-+ VIC。 2、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電

9、壓）。 3、在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VO。 由下式計(jì)算求出KCMR： KCMR=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg| VIC |/|VO|.（RI+RF）/RI （dB） C、方法B交流測(cè)試法（VIC為交流電壓）。 1、電源端施加規(guī)定的電壓V+ VIC 和V-+ VIC。 2、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 3、在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VO。 由下式計(jì)算求出KCMR： KCMR=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR =20Lg （VIC /VO）.（RI+RF）/RI （dB） 注意事項(xiàng)： a、采用方法1共模輸入法測(cè)試時(shí)： VIC

10、VICM 其中，VICM是被測(cè)器件的最大共模輸入電壓。 b、采用方法2變電源法測(cè)試時(shí)： VIC 0.5VOPP 其中,VOPP是被測(cè)器件的輸出峰-峰電壓。 C、交流共模信號(hào)的頻率應(yīng)足夠低。（返回）電源電壓抑制比KSVR定義： 電源的單位電壓變化所引起的輸入失調(diào)電壓的變化率。測(cè)試原理圖 KSVR的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 c、開關(guān)K置“1”，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL8。 d、開關(guān)K置“2”（即正、負(fù)電源電壓絕對(duì)值同時(shí)增大V），在 輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL9。 由下式計(jì)算求出KSVR： KS

11、VR=（VL9-VL8）/2 V.RI/（RI+RF） e、開關(guān)K置“3”（即正、負(fù)電源電壓絕對(duì)值同時(shí)減小V），在 輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL10。 由下式計(jì)算求出KSVR： KSVR=（VL10-VL8）/2 V.RI/（RI+RF） f、正電源電壓變化V，負(fù)電源電壓為V-，在輔助放大器A的輸 出端測(cè)得電壓VL9。 由下式計(jì)算求出KSVR+： KSVR+=（VL9-VL8）/ V.RI/（RI+RF） g、負(fù)電源電壓變化V，正電源電壓為V+，在輔助放大器A的輸 出端測(cè)得電壓VL10。 由下式計(jì)算求出KSVR-： KSVR-=（VL10-VL8）/ V.RI/（RI+RF） 注意事項(xiàng) 如

12、果輔助放大器A的電源電壓也隨之變化，則要求其KSVR值比被 測(cè)器件的KSVR值至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。（返回）開環(huán)差模輸入電阻RID定義： 差模輸入電壓變化與對(duì)應(yīng)的輸入電流變化之比。測(cè)試原理圖 RID的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K1、K4閉合，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL11。 開關(guān)K1、K4斷開，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL12。 由下式計(jì)算求出RID： RID=VL11/（VL12-VL11）.2R注意事項(xiàng) a、R值應(yīng)與RID相適應(yīng)； b、交流信號(hào)的頻率應(yīng)足夠低；幅度應(yīng)在動(dòng)態(tài)范圍以內(nèi)。（返回）開環(huán)輸出電

13、阻RID定義： 外加輸出電壓變化與對(duì)應(yīng)的輸出電流變化之比。測(cè)試原理圖 ROS的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K3閉合，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL14。 開關(guān)K3斷開，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL13。 由下式計(jì)算求出ROS： ROS=（VL14-VL13）/VL13.RL注意事項(xiàng) a、 RL值應(yīng)與ROS相適應(yīng)； b、交流信號(hào)的頻率應(yīng)足夠低；幅度應(yīng)在被測(cè)器件的輸出峰-峰電壓VOPP以內(nèi)。（返回）輸出峰峰電壓Vopp定義： 器件在規(guī)定電源電壓和負(fù)載下，所能輸出的最大峰峰電壓。測(cè)試原理圖 ROPP的測(cè)試原理圖

14、測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、方法A直流測(cè)試法。 1、開關(guān)K4置“1”，在被測(cè)器件的輸出端測(cè)得電壓VOP-。 2、開關(guān)K4置“2”，在被測(cè)器件的輸出端測(cè)得電壓VOP+。 由下式計(jì)算求出VOPP： VOPP=|VOP+|VOP-| d、方法B交流測(cè)試法。 開關(guān)K4置“3”，在被測(cè)器件輸出端測(cè)得電壓VOPP。 注意事項(xiàng) Vs應(yīng)大于被測(cè)器件的VOPP；交流信號(hào)的頻率應(yīng)在大訊號(hào)帶寬以內(nèi)。 （返回） 最大共模輸入電壓VICM定義： 比規(guī)定的共模抑制比下降6dB時(shí)的共模輸入電壓。測(cè)試原理圖 VICM的共模輸入法測(cè)試原理圖 VICM的變電源法測(cè)

15、試原理圖測(cè)試程序 方法1共模輸入法： a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 C、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 d、方法A直流測(cè)試法。 1、輸入端施加規(guī)定的直流共模信號(hào)電壓VIC+，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL6。 2、輸入端施加規(guī)定的直流共模信號(hào)電壓VIC-，在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VL7。 由下式計(jì)算求出KCMR（1）： KCMR（1）=（VIC+-VIC-）/（VL6-VL7）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =20Lg （VIC+-VIC-）/（VL6-VL7） .（RI+RF）/R1 （dB） e、方法B交流測(cè)試

16、法。 輸入端施加規(guī)定的交流共模信號(hào)電壓VIC，在輔助放大器A的輸 出端測(cè)得電壓V0。 由下式計(jì)算求出KCMR（1）： KCMR（1）=（VIC/VO）.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1）=20Lg（VIC/VO）.（RI+RF）/RI （dB） f、增大VIC+/減小VIC-（或增大VIC ），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB時(shí)，該共模輸入電壓即為VICM 方法2變電源法： a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、方法A直流測(cè)試法（VIC為直流電壓） 1、電源端施加規(guī)定的電壓V+ VIC 和V-+ VIC。 2、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 3、在輔助

17、放大器A的輸出端測(cè)得電壓VO。 由下式計(jì)算求出KCMR（1）： KCMR（1）=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =20Lg| VIC |/|VO|.（RI+RF）/RI （dB） C、方法B交流測(cè)試法（VIC為交流電壓）。 1、電源端施加規(guī)定的電壓V+ VIC 和V-+ VIC。 2、開關(guān)K4置“地”（或規(guī)定的參考電壓）。 3、在輔助放大器A的輸出端測(cè)得電壓VO。 由下式計(jì)算求出KCMR（1）： KCMR（1）=VIC /VO.（RI+RF）/RI 或 KCMR（1） =20Lg （VIC /VO）.（RI+RF）/RI （dB） d、增大/減小VIC（或增大VIC

18、），使KCMR（2）比 KCMR（1）小6dB時(shí)，該VIC即為VICM 。 注意事項(xiàng)： a、采用方法1共模輸入法測(cè)試時(shí)： VIC VICM 其中，VICM是被測(cè)器件的最大共模輸入電壓。 b、采用方法2變電源法測(cè)試時(shí)： VIC VICM（返回）最大差模輸入電壓VIDM定義： 兩輸入端所能承受的最大反向電壓。測(cè)試原理圖 VIDM的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K置“1”，調(diào)節(jié)輸入端電壓V，使輸入端電流為規(guī)定值IR， 在輸入端測(cè)得電壓差VR1。 開關(guān)K置“2”，調(diào)節(jié)輸入端電壓V，使輸入端電流為規(guī)定值IR， 在輸入端測(cè)得電壓

19、差VR2。 VR1及VR2中較小者即為VIDM。 （返回） 最大輸出電流IOM定義： 在最大輸出峰峰電壓下，所能輸出的最大電流。測(cè)試原理圖 IOM的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，使輸出電壓為規(guī)定值。測(cè)的流過RL的電流 IOM。注意事項(xiàng)： a、可變電阻RL應(yīng)防止短路； b、信號(hào)頻率應(yīng)足夠低；幅度應(yīng)能使放大器有滿幅輸出。 （返回） 輸出短路電流IOS定義： 同相輸入端在施加規(guī)定的直流電壓下，輸出端對(duì)地短路時(shí)的直流輸出電流。測(cè)試原理圖 IOS的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)

20、中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、同相輸入端施加規(guī)定的正輸入直流電壓，在輸出端測(cè)得流出被測(cè)器件的電流，即IOS（+）。 d、同相輸入端施加規(guī)定的負(fù)輸入直流電壓，在輸出端測(cè)得流入被測(cè)器件的電流，即IOS（-）。注意事項(xiàng)： a、電流表內(nèi)阻應(yīng)小于1歐姆； b、輸入電壓VI應(yīng)滿足： VIDMVIVIO （返回） 通道分離度CSR定義： 器件中，有信號(hào)通道的規(guī)定輸出電壓與無(wú)信號(hào)通道輸入端的串?dāng)_（耦合）電壓之比。測(cè)試原理圖 CSR的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、開關(guān)K4置“1”（或“2”）。 d、按下表安置開關(guān)，使被測(cè)器件DUT

21、A通道有信號(hào)輸入，被測(cè)器件DUTB通道無(wú)信號(hào)輸入。 K16置“1”， K17置“2”， K11置“1” ，K12置“2”， K13置“2”， K14置“1”， K15置“2” e、調(diào)節(jié)VI，使DUTA的輸出電壓VOA為規(guī)定值。 f、開關(guān)K15置“1”，在輔助放大器A的輸出測(cè)得電壓VLB（A）。即相當(dāng)于DUTB的輸入電壓為： VIB=RI/（RI+RF）.VLB（A） 由下式計(jì)算求出DUTA對(duì)DUTB的分離度CSR（AB）： CSR（AB）=20LgVOA/VLB（A）.（RI+RF）/RI（dB） g、按下表安置開關(guān)，使被測(cè)器件DUTB通道有信號(hào)輸入，被測(cè)器件DUTA通道無(wú)信號(hào)輸入。 K16置

22、“2”， K17置“1”， K11置“2” ，K12置“1”， K13置“1”， K14置“2”， K15置“2” h、調(diào)節(jié)VI，使DUTB的輸出電壓VOB為規(guī)定值。 i、開關(guān)K15置“1”，在輔助放大器A的輸出測(cè)得電壓VLA（B）。即相當(dāng)于DUTA的輸入電壓為： VIA=RI/（RI+RF）.VLA（B） 由下式計(jì)算求出DUTB對(duì)DUTA的分離度CSR（BA）： CSR（BA）=20LgVOB/VLA（B）.（RI+RF）/RI（dB） j、對(duì)大于二重的器件，應(yīng)測(cè)試所有組合狀態(tài)，并表明無(wú)關(guān)通道的狀態(tài)（如：對(duì)地的跟隨器）。 注意事項(xiàng)： a、輸入信號(hào)的頻率應(yīng)足夠低； b、有效的電源旁路及接地點(diǎn)；

23、 C、輸出信號(hào)應(yīng)在被測(cè)器件的動(dòng)態(tài)范圍以內(nèi)。 （返回）等效輸入噪聲電壓VN定義： 輸出端的噪聲電壓在輸入端的等效值。測(cè)試原理圖 VN的測(cè)試原理圖測(cè)試程序 a、在規(guī)定的環(huán)境溫度下，將被測(cè)器件接入測(cè)試系統(tǒng)中。 b、電源端施加規(guī)定的電壓。 c、 開關(guān)K1、K2閉合，在輸出端用“有效值電壓表”測(cè)得輸出電壓VL（BB）。 由下式計(jì)算求出寬帶噪聲電壓VN（BB）： VN（BB）=RI/（RI+RF）.VL（BB）（uVrms） d、開關(guān)K1、K2斷開，在輸出端用“峰值電壓表”測(cè)得輸出電壓VL（PC）。 由下式計(jì)算求出爆烈噪聲電壓VN（PC）： VN（PC）=RI/（RI+RF）.VL（PC）（uVP-P） e、開關(guān)K1，K2閉合，在輸出端用“選頻放大器”測(cè)得輸出電壓的均方根值VL（ f）