作者：Martin Rowe — 2011 年 11 月 16 日

在本系列的第 1 部分中，我們為大家介紹了三種運算放大器測試電路：自測試電路、雙運算放大器環路以及三運算放大器環路。這些電路有助于測試失調電壓 （VOS）、共模抑制比 （CMRR）、電源抑制比 （PSSR） 以及放大器開環增益 （Aol）。在第 2 部分中，我們集中介紹了輸入偏置電流測量。現在，我們將介紹適用于自測試電路與雙運算放大器測試電路的電路配置。這兩種電路可通過不同的繼電器配置存在于同一款電路設計中。該電路有助于您使用任何最佳方法測試給定運算放大器。

圖 1 至圖 13 是基本組合電路。圖中說明了如何通過打開和關閉繼電器來選擇所需的測試。圖1是整體測試電路。在圖 2 至圖 13 中，信號路徑以紅色顯示，以便與前兩篇文章中所介紹的方法進行比較。

圖 1.該電路整合了用于測試運算放大器的自測試電路及雙運算放大器環路。

電壓失調測量（雙放大器環路）

在圖中所示的 K22 配置下，環路輸出可直接進入模數轉換器 （ADC） 或 DMM。但如果在測量過程中需要通過濾波來降低噪聲，則可將 K22 關閉。R5 和 C7 的 RC 網絡可過濾噪聲。請根據給定測試環境選擇 R5 和 C7 的值。

被測試器件每個放大器的輸入失調電壓都可使用以下方法測量。被測試放大器的輸出由指零放大器強制變為 0.0V。此時，指零放大器會立即在被測試器件的輸出端將環路輸出調整為零。被測試器件的輸入節點電壓現在等于 VOS，因此環路輸出為 1000VOS。

需要時，可將負載連接至輸出端。然后，可測量被測試器件的失調。電壓失調可通過以下公式計算，其中增益由 K10 設定，可以是 100 或 1000。圖2是使用雙放大器環路進行 VOS 測試的電路路徑。紅線是電路路徑。

圖 2.該電路配置有助于使用雙放大器環路測量失調電壓 （VOS）。

電壓失調測量（自測試法）

測量方法與自測試環路相同。看看圖3，其中環路放大器配置為單位增益緩沖器，因此它不會發生振蕩或進入電源軌。使用自測試環路方法測量 VOS 時，應采用這種電路配置。

圖 3.這些繼電器設置可選擇采用自測試法測量 VOS 的電路。

正輸入偏置電流（環路控制，電容法）

對于環路控制與自測試環路，請采用該系列第 2 部分介紹的電容法。圖4是用來測量正輸入偏置電流 IB+ 的測試電路。記住，輸入偏置電流測試最容易引起振蕩。進行測試時，一定要一直觀察環路輸出。

圖 4.IB+ 測量電路配置使用一款雙放大器環路和各種電容器。

圖 5是采用自測試電容法測量正輸入偏置電流 IB+ 的配置。

圖 5.IB+ 測量電路配置采用自測試和電容器方法。

圖 6 中的電路有助于采用電容式方法通常環路控制來測量負輸入偏置電流 IB-。

圖 6.這種測量 IB- 的電路配置使用雙放大器環路和電容器法。

圖 7中的電路有助于使用自測試電容法測量負輸入偏置電流 IB-。

圖 7.測量 IB+ 的電路配置使用自測試電容器法。

共模抑制比（環路控制）

要測量 CMRR，我們假設您需要為圖8中采用電源 VS 的部件測量 VCM1 和 VCM2 電壓之間的 CMRR。首先需要在 VCM1 上進行測量，將正電源編程為 +VS–VCM1，將負電源編程為 –VS–VCM1。將環路控制編程為 –VCM1。然后測量環路輸出的失調電壓。該測量是 CMRRA。

然后需要在 VCM2 端進行測量，將正電源編程為 +VS–VCM2，負電源編程為 -VS–VCM2。將環路控制編程為 –VCM2。然后測量環路輸出端的失調電壓。這是 CMRRB。

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

圖 8.這款測量 CMRR 的電路配置采用雙放大器環路。

共模抑制比（自測試）

對于圖9中的自測試環路 CMRR 測試，可使用與圖 8 中相同的測量和計算方法。

圖 9.測試 CMRR 的電路配置采用自測試法。

電源抑制比（環路控制）

測試 PSRR 時，被測試器件的電路配置與測量 VOS 時相同。然而對于 PSRR 而言，不僅會改變電源，而且還需要測量輸入失調電壓的變化。此外，PSRR 也可通過閉合繼電器 KA101、KA102 或 KA103 使用輸出負載測量，如圖10所示。

環路控制應設置為 0V。第一次測量時，請將 V+ 強度和 V– 強度設置為最低電源電壓（VP1 和 VN1），并測量環路輸出。然后將電源設置為最大電源電壓（VP2 和 VN2），并測量環路輸出。使用以下公式計算被測試器件的 PSRR：

圖 10.這款 PSRR 測試的電路配置采用雙放大器環路。

電源抑制比（自測試）

采用自測試環路進行 PSRR 測試時，采用圖11中介紹的測量和計算方法。

圖 11.進行 PSRR 測試的電路配置采用自測試法。

開環增益（環路控制）

在測量開環增益時，輸出電壓在確定的 DC 范圍內移動，需要測量輸入端的 DC 變化。適當的負載可使用繼電器 KA101、KA102 或 KA103 設置。隨后將環路控制電壓設置為所需的正輸出值 VOUT1，并測量輸入端電壓 VIN1 的變化。然后再將環路控制電壓設置為所需的負輸出值 VOUT2，并測量輸入端電壓 VIN2 的變化。此外，被測試器件的正負輸出電壓也可用來測試輸出擺幅。DC 開環增益的計算公式如下：

由于環路放大器可能需要將被測試器件的輸出驅動至電源軌，例如 V+ 強度和 V– 強度，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。這也意味著環路放大器電源要遠遠高于被測試器件的電源。

圖 12.測試 Aol 的電路配置采用雙放大器環路。

開環增益（自測試）

您可通過相同的測量與計算方法，使用圖13中的電路執行由自測試環路實現的 Aol 測試。

圖 13.該開環電路配置使用自測試方法測試 Aol。

以上各圖中的電路均采用機械繼電器，因為它們可提供比固態繼電器更低的導通電阻。可惜機械繼電器不如固態繼電器可靠，而且產生的熱量會對靈敏測量產生影響。此外，很多繼電器沒有熱電動勢規范。應該避免使用這些產品，因為您不知道其熱電動勢會對測量產生多大影響。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，會增加成本。我們認為，要實現良好的測量可重復性與功能，成本增加是值得的。

除了選擇接觸點良好的繼電器外，我們還建議使用閉鎖繼電器。導通時，非閉鎖繼電器中的線圈會發熱。這些熱量可增大它們所生成的熱電動勢。繼電器電源也會加重漏電問題。如果將繼電器電源連接至繼電器線圈，就會在該引腳與繼電器之間形成一個由 PCB 表面污染與隔離電阻以及繼電器外殼導致的潛在漏電路徑。圖14是如何將繼電器連接至（或斷開）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。

圖 14.將繼電器線圈連接至接地（右），而不是電源高側（左）。

現已介紹了用來測試運算放大器基本 DC 技術參數的實用測試電路。雙放大器環路的固有挑戰在于穩定性，我們將在本系列的第 4 部分介紹該問題。《測量測試世界》

David R. Baum是德州儀器 （TI） 的一名模擬 IC 設計工程師，負責開發用于 LCD 和 AMOLED 電視的產品設計。David 擁有超過 27 年的豐富模擬設計經驗和至少 7 項專利。他畢業于位于亞利桑那州圖森市的亞利桑那大學，以優異的成績獲得電子工程學士學位、MBA 以及德國文學碩士學位。郵件地址：ti_davidbaum@list.ti.com。

Daryl Hiser是 TI 高精度運算放大器產品部的高級測試工程師，負責制定和執行新產品的測試與特性描述方案，擁有兩項專利。他畢業于位于亞利桑那州 Flagstaff 市的北亞利桑那大學，獲動物學理學學士學位。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