通常運算放大器(簡稱運放)的開環增益(AOL)測試均采用輔助運放環路法來實現。由于該方法測試結果精確穩定,故作為通用放大器的首選測試線路。然而對于內置放大器的混合信號器件(非單片運放),若采用輔助運放環路法測試,則會使整體線路復雜化;另外,幾乎所有的高速寬帶放大器對輔助運放線路要求很高,需要進行額外的零點和極點補償方能使環路穩定,調試起來非常麻煩。為簡化測試線路并保證測試精度,許多IC生產商推薦采用單管測試線路,來完成運放AOL參數測試。
圖1為運算放大器兩種開環增益參數測試線路。直觀上,單管增益測試線路明顯簡單,易于實現。對與輔助放大環路法如何測試增益參數,讀者可參閱國標或相關文獻,本文不再贅述。
下面以ADI公司生產的高速寬帶運算放大器AD843為例,對運放單管開環增益的測試方法及實現過程進行簡單描述。AD843為34MHz帶寬的高速電壓型放大器,由于其高達220V/uS的壓擺率和10pF的微弱容性負載驅動能力,一些早期的通用運算放大器自動測試設備無法對該器件的核心參數(失調電壓和開環增益)進行穩定測試,具體表現為:被測器件(DUT)無法在測試環路中穩定,器件輸出發生嚴重振蕩,很難抑制;而將DUT放置到單管測試線路中,則器件工作非常穩定。
根據AD843S器件的Data-Sheet(圖2)可知,測試AOL參數時器件輸出需要由-10V變化到+10V,輸出負載為500Ω。只要能準確測試出DUT輸入端電壓的變化量,即可根據公式F3.1計算出AOL。
根據圖1可知,單管AOL參數測試線路是通過設置V3輸入電壓使VOUT電壓達到DUT測試條件(需關閉K1繼電器施加相應的輸出負載RL),由于R2=R1=10kΩ,故V3輸入電壓和輸出電壓基本上是1:-1的反向關系;當VOUT穩定后,測試100*Vos測量點電壓值(該值為DUT的失調電壓Vos放大100倍)。
下面通過采用TI公司的TINA仿真軟件和ADI公司AD843J器件SPICE來說明AOL參數的測試過程:
通過調節V3電源的輸入電壓使VOUT端的電壓為-10V(即VOUT=-10V),此時測試點100*Vos端的電壓為266.72mV,如圖3所示。由于器件失調電壓(Vos)的影響,此時V3電源的實際輸入電壓為10.8V。
通過調節V3電源的輸入電壓使VOUT端的電壓為+10V(即VOUT=+10V),此時測試點100*Vos端的電壓為133.07mV,如圖4所示。由于器件失調電壓(Vos)的影響,此時V3電源的實際輸入電壓為-9.6V。
由公式F3.1可計算出
AOL=⊿Vo/⊿Vi=20V*100)/(266.72mV-133.07mV)
=15V/mV,
與圖2中的數據規范完全吻合。
另外通過單管測試線路,可以方便的測試運算放大器的失調電壓(Vos)參數,如圖5所示。同樣需要注意的是,需要通過線性搜索的方法設置器件輸出電壓為0V,即VOUT=0V;為了保證測試精度,DUT的失調電壓Vos被放大了100倍(R3/R5=99:1)。
可以看出,AD83J器件的失調電壓(Vos)測試結果為2mV(199.89mV/100),與圖2中的數據規范完全吻合。
需要說明的是,運放單管測試線路存在一個缺點。即,由于被測器件(DUT)輸入失調電壓的影響,V3電源的施加電壓與器件實際的輸出電壓VOUT不能保持很好的1:-1的對應關系。從上面例子中可以看到,為了設置AD843J器件的輸出電壓VOUT=-10V,輸入電源V3需要設定為+10.8V而不是+10V;但是這個問題很好解決,通過二元搜索或線性搜索的方法,可快速準確的確定輸入電壓。