基于Multisim10的集成運(yùn)算放大器指標(biāo)測(cè)試

胡賽純，邱 飚，周來秀

（湖南城市學(xué)院 物理與電信工程系，湖南 益陽413000）

基于Multisim10的集成運(yùn)算放大器指標(biāo)測(cè)試

胡賽純，邱 飚，周來秀

（湖南城市學(xué)院 物理與電信工程系，湖南 益陽413000）

給出了一種在Multisim10中測(cè)試集成運(yùn)算放大器參數(shù)指標(biāo)的仿真方法，結(jié)果證明了該方法的可行性和有效性；同時(shí)將實(shí)物電路和軟件仿真法所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)軟件仿真法測(cè)得的數(shù)據(jù)精度更高.

Multisim10；集成運(yùn)放；參數(shù)；測(cè)試

集成運(yùn)算放大器是一種線性集成電路，和其他半導(dǎo)體器件一樣，它是用一些性能指標(biāo)來衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣.為了正確使用集成運(yùn)放（集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)稱，以下同），就必須了解它的主要參數(shù)指標(biāo)［1］.集成運(yùn)放組件的各項(xiàng)指標(biāo)通常是由專用儀器進(jìn)行測(cè)試的，這里介紹的是一種基于Multisim10軟件的測(cè)試方法.

本文中采用的集成運(yùn)放型號(hào)為741，引腳排列見圖1，它是八腳雙列直插式組件，②腳和③腳分別為反相和同相輸入端，⑥腳為輸出端，⑦腳和④腳分別為正、負(fù)電源端，①腳和⑤腳為失調(diào)調(diào)零端，①、⑤腳之間可接入一只幾十kΩ的電位器并將滑動(dòng)觸頭接到負(fù)電源端，⑧腳為空腳［1-2］.

圖1 741的引腳排列圖Fig.1 741 pin diagram

1 741主要指標(biāo)測(cè)試

1.1 輸入失調(diào)電壓UiS

從2種方法所得數(shù)據(jù)來看，基本上還是相等的.

圖2 輸入失調(diào)電壓測(cè)試圖Fig.2 Test of input offset voltage

1.2 輸入失調(diào)電流IiS

輸入失調(diào)電流IiS是指當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)放的兩個(gè)輸入端的基極偏置電流之差［1-3］，

通常采用如圖2、圖3所示電路圖進(jìn)行測(cè)試，由圖2得U01，由圖3得U02，再折算出來.計(jì)算公式如下：

在Multisim10中按圖2、圖3連接好電路，按下仿真開關(guān)，由圖2測(cè)得輸出電壓U01=0.104 V，由圖3（其中R1＝R2=51 Ω，R3=R4=5.1 kΩ，R5＝R6＝2 kΩ，V1=V2=12 V）測(cè)得U02=0.107 V，經(jīng)計(jì)算得IiS＝1.485×10-8A（圖中的R4就是公式中的RF，R6、R8就是公式中的RB）.再利用實(shí)物電路進(jìn)行了測(cè)量，利用測(cè)得的數(shù)據(jù)并計(jì)算得輸入失調(diào)電流IiS為1.478×10-8A，從2種方法所得數(shù)據(jù)來看，基本上還是相等的.

圖3 輸入失調(diào)電流測(cè)試圖Fig.3 Tes of input offset current

1.3 開環(huán)差模放大倍數(shù)Aud

集成運(yùn)放在沒有外部反饋時(shí)的直流差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)［1-3］，用Aud表示.它定義為開環(huán)輸出電壓U0與兩個(gè)差分輸入端之間所加信號(hào)電壓Uid之比：

按定義，Aud應(yīng)是信號(hào)頻率為零時(shí)的直流放大倍數(shù)，但為了測(cè)試方便，通常采用低頻正弦交流信號(hào)（這里用的是100 Hz、30 mV的正弦信號(hào)）進(jìn)行測(cè)量.由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，難以直接進(jìn)行測(cè)量，故一般采用閉環(huán)測(cè)量方法.現(xiàn)采用交、直流同時(shí)閉環(huán)的測(cè)試方法，測(cè)試電路見圖4［3-4］.被測(cè)運(yùn)放一方面通過R4、R1、R2完成直流閉環(huán)，以抑制輸出電壓漂移，另一方面通過R4和R6實(shí)現(xiàn)交流閉環(huán)，外加信號(hào)U1經(jīng)R1、R2分壓，使Uid足夠小，以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，同時(shí)輸入端電阻R3應(yīng)與反輸入端電阻R2相匹配，以減小輸入偏置電流的影響，電容C1為隔直電容.被測(cè)運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)為：

在Multisim10中按圖4連接好電路圖，按下仿真開關(guān)，測(cè)得此時(shí)的輸出電壓U0=2.336 V，輸入端電壓Ui=0.024 V，另從圖4得知，R1=5.1 kΩ，R2=51 Ω，則得開環(huán)差模放大倍數(shù)Aud=97.43.在實(shí)物電路中進(jìn)行測(cè)量，利用測(cè)得的數(shù)據(jù)并計(jì)算得開環(huán)差模放大倍數(shù)Aud=97.34.從2種方法所得數(shù)據(jù)來看，基本上是相等的.

圖4 開環(huán)差模放大倍數(shù)測(cè)試Fig.4 Test of Open-loop differential mode magnification

1.4 共模抑制比CMRR

集成運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)Ad與共模電壓放大倍數(shù)AC之比稱為共模抑制比.

在Multisim10中按圖5連接好電路［4］，按下仿真開關(guān)，測(cè)得此時(shí)的輸出電壓U0C=3.073 V，已知UiC=1 V.將數(shù)據(jù)代入上式（公式中的RF就是圖5中的R2=100 kΩ，而R1=1 kΩ），經(jīng)計(jì)算得出CMRR=32.54.在實(shí)物電路中進(jìn)行測(cè)量，利用測(cè)得的數(shù)據(jù)并計(jì)算得CMRR=32.40.從2種方法所得數(shù)據(jù)來看，基本上是相等的.

1.5 共模輸入電壓范圍Uicm

集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓稱為共模輸入電壓范圍，超出這個(gè)范圍，運(yùn)放的CMRR會(huì)大大下降，輸出波形產(chǎn)生失真，有些運(yùn)放還會(huì)出現(xiàn)“自鎖”現(xiàn)象以及永久性的損壞.在Multisim10中按圖6連接好測(cè)試電路，當(dāng)最大輸出波形不失真時(shí)（見圖7），UI=9 V，至于最小值為多少，我們?cè)嚨搅藥爪蘓，監(jiān)測(cè)波形時(shí)還是正常的.所以共模輸入電壓范圍Uicm為不大于9 V.在實(shí)物電路中進(jìn)行測(cè)量所獲得的共模輸入電壓范圍和仿真的相同.

圖5 共模抑制比測(cè)試圖Fig.5 Test of Common-mode rejection ratio

圖6 共模輸入電壓范圍測(cè)試圖Fig.6 Test of Common mode input voltage range

圖7 最大輸出波形Fig.7 MaximuMoutput waveform

1.6 輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍UOPP

集成運(yùn)放的動(dòng)態(tài)范圍與電源電壓、外接負(fù)載及信號(hào)源頻率有關(guān).現(xiàn)按圖8連接好測(cè)試電路.當(dāng)輸入信號(hào)取“80 mV，100 Hz”時(shí)，輸出波形開始失真（見圖9），此時(shí)測(cè)得輸出電壓U0=7.989 V，這就是此電路的輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍.在實(shí)物電路中進(jìn)進(jìn)行測(cè)量所獲得的輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍為8.011 V，基本上相等.

圖8 輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試Fig.8 Test of the largest dynaMic range of output voltage

圖9 輸出波形Fig.9 Output waveform

2 結(jié)語

本文在介紹了用Multisim10電路仿真軟件測(cè)試集成運(yùn)算放大器參數(shù)指標(biāo)的同時(shí)也利用實(shí)物電路進(jìn)行了測(cè)量并進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在實(shí)物測(cè)量中由于元器件、儀器的精度及人為因素，所測(cè)數(shù)據(jù)存在一些誤差，而利用Multisim10電路仿真軟件測(cè)出的數(shù)據(jù)精度更高.同時(shí)也為利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)改革教學(xué)方法和教學(xué)手段提供一個(gè)典型的范例［5-6］.運(yùn)用mulitsin10電路仿真軟件對(duì)集成運(yùn)算放大器參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，解決了許多學(xué)校由于沒有專用儀器而無法進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的困境.

［1］周良權(quán).模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京；高等教育出版社2005：69-73.

［2］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2004：249-253.

［3］盧慶林.電子線路CAD設(shè)計(jì) [M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2004：56-60.

［4］李加升.在Multisim7中放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)測(cè)試[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（1）：46－48.

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責(zé)任編輯：黃 瀾

Index Test of the Integration Transports Puts Based on Multisim10

HU Saichun，QIU Biao，ZHOU Laixiu
（Department of Physics and Telecommunication，Hunan city University，Yiyang 413000，China）

In this paper，a simulation method to test parameters of integrated operational amplifier in the Multisim10 was proposed which was proved feasible and valid by the results.The measured data of the physical circuit and software simulation were compared and the results shoured that the measured data of the software simulation was more precise.

Multisim10；The integration transports puts；Parameter；Test

TN 407

A

1674-4942（2010）01-0029-04

2009-11-28

湖南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（07C189）