作者：Martin Rowe — 2011 年 11 月 16 日

在本系列的第 1 部分中，我們?yōu)榇蠹医榻B了三種運(yùn)算放大器測(cè)試電路：自測(cè)試電路、雙運(yùn)算放大器環(huán)路以及三運(yùn)算放大器環(huán)路。這些電路有助于測(cè)試失調(diào)電壓 （VOS）、共模抑制比 （CMRR）、電源抑制比 （PSSR） 以及放大器開(kāi)環(huán)增益 （Aol）。在第 2 部分中，我們集中介紹了輸入偏置電流測(cè)量。現(xiàn)在，我們將介紹適用于自測(cè)試電路與雙運(yùn)算放大器測(cè)試電路的電路配置。這兩種電路可通過(guò)不同的繼電器配置存在于同一款電路設(shè)計(jì)中。該電路有助于您使用任何最佳方法測(cè)試給定運(yùn)算放大器。

圖 1 至圖 13 是基本組合電路。圖中說(shuō)明了如何通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉繼電器來(lái)選擇所需的測(cè)試。圖1是整體測(cè)試電路。在圖 2 至圖 13 中，信號(hào)路徑以紅色顯示，以便與前兩篇文章中所介紹的方法進(jìn)行比較。

圖 1.該電路整合了用于測(cè)試運(yùn)算放大器的自測(cè)試電路及雙運(yùn)算放大器環(huán)路。

電壓失調(diào)測(cè)量（雙放大器環(huán)路）

在圖中所示的 K22 配置下，環(huán)路輸出可直接進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 或 DMM。但如果在測(cè)量過(guò)程中需要通過(guò)濾波來(lái)降低噪聲，則可將 K22 關(guān)閉。R5 和 C7 的 RC 網(wǎng)絡(luò)可過(guò)濾噪聲。請(qǐng)根據(jù)給定測(cè)試環(huán)境選擇 R5 和 C7 的值。

被測(cè)試器件每個(gè)放大器的輸入失調(diào)電壓都可使用以下方法測(cè)量。被測(cè)試放大器的輸出由指零放大器強(qiáng)制變?yōu)?0.0V。此時(shí)，指零放大器會(huì)立即在被測(cè)試器件的輸出端將環(huán)路輸出調(diào)整為零。被測(cè)試器件的輸入節(jié)點(diǎn)電壓現(xiàn)在等于 VOS，因此環(huán)路輸出為 1000VOS。

需要時(shí)，可將負(fù)載連接至輸出端。然后，可測(cè)量被測(cè)試器件的失調(diào)。電壓失調(diào)可通過(guò)以下公式計(jì)算，其中增益由 K10 設(shè)定，可以是 100 或 1000。圖2是使用雙放大器環(huán)路進(jìn)行 VOS 測(cè)試的電路路徑。紅線是電路路徑。

圖 2.該電路配置有助于使用雙放大器環(huán)路測(cè)量失調(diào)電壓 （VOS）。

電壓失調(diào)測(cè)量（自測(cè)試法）

測(cè)量方法與自測(cè)試環(huán)路相同。看看圖3，其中環(huán)路放大器配置為單位增益緩沖器，因此它不會(huì)發(fā)生振蕩或進(jìn)入電源軌。使用自測(cè)試環(huán)路方法測(cè)量 VOS 時(shí)，應(yīng)采用這種電路配置。

圖 3.這些繼電器設(shè)置可選擇采用自測(cè)試法測(cè)量 VOS 的電路。

正輸入偏置電流（環(huán)路控制，電容法）

對(duì)于環(huán)路控制與自測(cè)試環(huán)路，請(qǐng)采用該系列第 2 部分介紹的電容法。圖4是用來(lái)測(cè)量正輸入偏置電流 IB+ 的測(cè)試電路。記住，輸入偏置電流測(cè)試最容易引起振蕩。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，一定要一直觀察環(huán)路輸出。

圖 4.IB+ 測(cè)量電路配置使用一款雙放大器環(huán)路和各種電容器。

圖 5是采用自測(cè)試電容法測(cè)量正輸入偏置電流 IB+ 的配置。

圖 5.IB+ 測(cè)量電路配置采用自測(cè)試和電容器方法。

圖 6 中的電路有助于采用電容式方法通常環(huán)路控制來(lái)測(cè)量負(fù)輸入偏置電流 IB-。

圖 6.這種測(cè)量 IB- 的電路配置使用雙放大器環(huán)路和電容器法。

圖 7中的電路有助于使用自測(cè)試電容法測(cè)量負(fù)輸入偏置電流 IB-。

圖 7.測(cè)量 IB+ 的電路配置使用自測(cè)試電容器法。

共模抑制比（環(huán)路控制）

要測(cè)量 CMRR，我們假設(shè)您需要為圖8中采用電源 VS 的部件測(cè)量 VCM1 和 VCM2 電壓之間的 CMRR。首先需要在 VCM1 上進(jìn)行測(cè)量，將正電源編程為 +VS–VCM1，將負(fù)電源編程為 –VS–VCM1。將環(huán)路控制編程為 –VCM1。然后測(cè)量環(huán)路輸出的失調(diào)電壓。該測(cè)量是 CMRRA。

然后需要在 VCM2 端進(jìn)行測(cè)量，將正電源編程為 +VS–VCM2，負(fù)電源編程為 -VS–VCM2。將環(huán)路控制編程為 –VCM2。然后測(cè)量環(huán)路輸出端的失調(diào)電壓。這是 CMRRB。

注意，總電源電壓保持不變，輸出保持在兩個(gè)電源的中間位置。CMRR 的計(jì)算方法如下：

圖 8.這款測(cè)量 CMRR 的電路配置采用雙放大器環(huán)路。

共模抑制比（自測(cè)試）

對(duì)于圖9中的自測(cè)試環(huán)路 CMRR 測(cè)試，可使用與圖 8 中相同的測(cè)量和計(jì)算方法。

圖 9.測(cè)試 CMRR 的電路配置采用自測(cè)試法。

電源抑制比（環(huán)路控制）

測(cè)試 PSRR 時(shí)，被測(cè)試器件的電路配置與測(cè)量 VOS 時(shí)相同。然而對(duì)于 PSRR 而言，不僅會(huì)改變電源，而且還需要測(cè)量輸入失調(diào)電壓的變化。此外，PSRR 也可通過(guò)閉合繼電器 KA101、KA102 或 KA103 使用輸出負(fù)載測(cè)量，如圖10所示。

環(huán)路控制應(yīng)設(shè)置為 0V。第一次測(cè)量時(shí)，請(qǐng)將 V+ 強(qiáng)度和 V– 強(qiáng)度設(shè)置為最低電源電壓（VP1 和 VN1），并測(cè)量環(huán)路輸出。然后將電源設(shè)置為最大電源電壓（VP2 和 VN2），并測(cè)量環(huán)路輸出。使用以下公式計(jì)算被測(cè)試器件的 PSRR：

圖 10.這款 PSRR 測(cè)試的電路配置采用雙放大器環(huán)路。

電源抑制比（自測(cè)試）

采用自測(cè)試環(huán)路進(jìn)行 PSRR 測(cè)試時(shí)，采用圖11中介紹的測(cè)量和計(jì)算方法。

圖 11.進(jìn)行 PSRR 測(cè)試的電路配置采用自測(cè)試法。

開(kāi)環(huán)增益（環(huán)路控制）

在測(cè)量開(kāi)環(huán)增益時(shí)，輸出電壓在確定的 DC 范圍內(nèi)移動(dòng)，需要測(cè)量輸入端的 DC 變化。適當(dāng)?shù)呢?fù)載可使用繼電器 KA101、KA102 或 KA103 設(shè)置。隨后將環(huán)路控制電壓設(shè)置為所需的正輸出值 VOUT1，并測(cè)量輸入端電壓 VIN1 的變化。然后再將環(huán)路控制電壓設(shè)置為所需的負(fù)輸出值 VOUT2，并測(cè)量輸入端電壓 VIN2 的變化。此外，被測(cè)試器件的正負(fù)輸出電壓也可用來(lái)測(cè)試輸出擺幅。DC 開(kāi)環(huán)增益的計(jì)算公式如下：

由于環(huán)路放大器可能需要將被測(cè)試器件的輸出驅(qū)動(dòng)至電源軌，例如 V+ 強(qiáng)度和 V– 強(qiáng)度，因此必須提供一款其共模輸入范圍支持處理這種電壓擺幅的放大器。這也意味著環(huán)路放大器電源要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被測(cè)試器件的電源。

圖 12.測(cè)試 Aol 的電路配置采用雙放大器環(huán)路。

開(kāi)環(huán)增益（自測(cè)試）

您可通過(guò)相同的測(cè)量與計(jì)算方法，使用圖13中的電路執(zhí)行由自測(cè)試環(huán)路實(shí)現(xiàn)的 Aol 測(cè)試。

圖 13.該開(kāi)環(huán)電路配置使用自測(cè)試方法測(cè)試 Aol。

以上各圖中的電路均采用機(jī)械繼電器，因?yàn)樗鼈兛商峁┍裙虘B(tài)繼電器更低的導(dǎo)通電阻。可惜機(jī)械繼電器不如固態(tài)繼電器可靠，而且產(chǎn)生的熱量會(huì)對(duì)靈敏測(cè)量產(chǎn)生影響。此外，很多繼電器沒(méi)有熱電動(dòng)勢(shì)規(guī)范。應(yīng)該避免使用這些產(chǎn)品，因?yàn)槟恢榔錈犭妱?dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生多大影響。然而，具有良好熱特性的繼電器通常都很大。大家可獲得較小的繼電器，但它們需要貴金屬，會(huì)增加成本。我們認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)良好的測(cè)量可重復(fù)性與功能，成本增加是值得的。

除了選擇接觸點(diǎn)良好的繼電器外，我們還建議使用閉鎖繼電器。導(dǎo)通時(shí)，非閉鎖繼電器中的線圈會(huì)發(fā)熱。這些熱量可增大它們所生成的熱電動(dòng)勢(shì)。繼電器電源也會(huì)加重漏電問(wèn)題。如果將繼電器電源連接至繼電器線圈，就會(huì)在該引腳與繼電器之間形成一個(gè)由 PCB 表面污染與隔離電阻以及繼電器外殼導(dǎo)致的潛在漏電路徑。圖14是如何將繼電器連接至（或斷開(kāi)）電源。我們建議將繼電器與接地連接，而不是連接至電源高側(cè)。

圖 14.將繼電器線圈連接至接地（右），而不是電源高側(cè)（左）。

現(xiàn)已介紹了用來(lái)測(cè)試運(yùn)算放大器基本 DC 技術(shù)參數(shù)的實(shí)用測(cè)試電路。雙放大器環(huán)路的固有挑戰(zhàn)在于穩(wěn)定性，我們將在本系列的第 4 部分介紹該問(wèn)題?！稖y(cè)量測(cè)試世界》

David R. Baum是德州儀器 （TI） 的一名模擬 IC 設(shè)計(jì)工程師，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)用于 LCD 和 AMOLED 電視的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。David 擁有超過(guò) 27 年的豐富模擬設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和至少 7 項(xiàng)專利。他畢業(yè)于位于亞利桑那州圖森市的亞利桑那大學(xué)，以優(yōu)異的成績(jī)獲得電子工程學(xué)士學(xué)位、MBA 以及德國(guó)文學(xué)碩士學(xué)位。郵件地址：ti_davidbaum@list.ti.com。

Daryl Hiser是 TI 高精度運(yùn)算放大器產(chǎn)品部的高級(jí)測(cè)試工程師，負(fù)責(zé)制定和執(zhí)行新產(chǎn)品的測(cè)試與特性描述方案，擁有兩項(xiàng)專利。他畢業(yè)于位于亞利桑那州 Flagstaff 市的北亞利桑那大學(xué)，獲動(dòng)物學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位。郵件地址：ti_darylhiser@list.ti.com。

原文鏈接：

http://www.edn.com/design/test-and-measurement/4389588/The-basics-of-testing-op-amps-part-3-br--Configurable-circuit-tests-op-amps

編輯：jq