放大器DC参数测试(1)
Hi,uu们,最近在忙啥呢?想好5.1,端午去哪里玩了吗?
咱们直接开始正题,放大器的DC参数还挺多,在Bench测试中,需要自动化测试,通常需要很多Relay去切换不同的配置去测量不同的参数,在这里瑞萨给出了测试参考电路.如图1所示.
图1:直流关键参数测试电路
Relay的切换模式如表1所示:
| Parameter Measurements | Switch Positions[1] | |||||
| S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | ||
| DC(Output =TP1) | Vos | 1 | 1 | 0 | A | a |
| lB- | 0 | 1 | 0 | A | a | |
| IB+ | 1 | 0 | 0 | A | a | |
| AOL | 1 | 1 | 1 | A | a | |
| CMRR | 1 | 1 | 0 | B | b | |
| PSRR | 1 | 1 | 0 | C | c | |
失调电压(Vos)
理想放大器的输入失调电压是0,但是实际上放大器并不是这样,在没有任何输入的情况下,输入还是有个失调电压,失调电压的模型如下图2所示
图2:失调电压模型
要注意oh,失调电压不一定是正也不一定是负,在放大器手册的EC Table上有相关描述,现在回到Renesas的这个Bench测试电路,测量Vos的配置可以简化为以下图3所示.
图3:Offset 测试配置
在仿真软件的放大器里,很多都是没有失调电压的,所以咱们用V3设定一个输入失调电压,咱们看,此时X1的IN+大于IN-,那么X1的输出是不是应该是高?如果X1的输出是高,那么咱们看X2,X2就是个积分器,当X1输出输出高于GND的时候,X2输出就是低,X2输出使X1的IN-低于3mV时候,情况反转,所以咱们可以根据这个原理,得出X1的offset.X2的输出电压在除Gain就等于Offset的电压,这个offset电压会叠加一个X2的offset,但是X2的offset不会被放大,可以选择的余地比较多.咱们看看仿真波形,如下图4所示.
图4:Vos仿真波形
输入偏置电流(IB)
理想的放大器输入阻抗无穷大不需要输入偏置电流,但实际的放大器不是这样,放大器的输入偏置电流模型如图5所示.
图5:放大器输入偏置电流模型
在bipolar放大器的输入结构中,通常会给IN+和IN- 给与两个电流源作为偏置,但无法保证完全匹配,这就会造成Ios,不过再此之前,咱们需要先把电流给测出来,根据表1的设置,咱们修改电路如下图6所示,测量IB-.
图6:IB-测量电路
因为咱们有了第一次测量X2-out的基础,咱们切换完Relay以后,直接看X2-out的输出值即可.简单的仿真一下看下输出结果,如图7所示,简单的计算结果如图8所示,和仿真结果相互吻合.
图7:IB仿真结果
图8:IB-计算结果
CalcPad:
| '第一次输出电压' VOUT1 = 3.0108883V '第二次输出电压' VOUT2 = 3.0066828V '输出电压的差' VDIF = VOUT1 - VOUT2|mV '电压增益' VGain = 1000 '输入电阻的变化' R_in = 100kΩ '最终的IB' iB = (VDIF/VGain)/R_in|pA |
基本是吻合的,但是有的放大器输入偏置电流非常小,用这种架构测量输出的变化非常小,那咱们可以换种方法,基础线性电路设计的书里给出了测试方法,如图9所示
图9:超低偏置电流测量
简化电路如下图10所示,在现实世界中电容可能会有各种漏电或者温漂,所以使用这个电路的时候一定要注意电容器的选型,要使用聚四氟乙烯或聚丙烯类型的电容.图9已经说明了IB的计算方法.咱们直接看输出仿真波形即可.如图11所示.
图10:超低偏置电流测量
图11:仿真结果
咱们看到从0S到10S刚好上升到4.2V,根据计算公式,我们得到以下结论.计算过程如下图12所示.
图12:计算过程
CalcPad:
| '输入电容' c = 100pF '△Vout电压' deltaVout = 4.2V '△Time' deltaT = 10s '偏置电流' iB = c*(deltaVout/deltaT)|pA |
开环增益测量(AOL)
测量开环Gain和测量Vos的电路类似,但给积分器加了一个偏置电压,根据表1的配置我们更改仿真图纸如下图13所示.
图13:AOL测试电路
如果想要让X2的in-的输入电压保持0V,那么必须要让X1输出-5V,此时我们可以得出结论.只有X2-out的输入变化1000:1时候,X1_Out改变输出为5V,那么他的Gain=1000*(1V/X2_out),最终仿真结果如图14所示.计算结果如图15所示.
图14:AOL仿真结果
图15:开环增益计算
CalcPad:
| Vout1 = 3.0108883V Vout2 = 3.0327471V '电压差值' Vdif = Vout2 - Vout1|mV '增益' Gain = 1000*(5V/Vdif) '换算为dB' AOL = 20*log(Gain) |
今天就先聊到这里啦!
笔者简介：许同，8.5年工作经验，电路系统架构专家，在电路领域有14年的积累，精通应用电路系统架构设计，有10项以上电路架构专利，掌握多项电路设计技能，电路Spice仿真，C语言，Python，Verilog等。
公众号:xuyuntong
参考文档
Bench-Testing Important DC-Parameters of Operational Amplifiers 瑞萨
Basic Linear Design 亚德诺半导体
Simple Op Amp Measurements 亚德诺半导体
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