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放大器DC参数测试(1) [复制链接]

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?如果想去看山看海那么可以来我老家看看,温州苍南.
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.
204353dommlazjnxs0nzzs.png
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
204353bznzezqmca3939ey.png
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.
图片.png  
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.
204353e3zhhdt433s7rdq6.png
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.
204353x37p9df0631xjii9.png
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-.
图片.png  
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.
204353kia1q4pkk2pnzqe1.png
图7:IB仿真结果
204353e816uxttf9tdp9vp.png
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
204353kxpxekitf3txxpk2.png
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.
图片.png  
图10:超低偏置电流测量
204353mfvisy2712py7zvf.png
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.
204353j6mqg0qe8t89q8ld.png
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.
204353bidv04po8j2emgou.png
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.
204353agxms4ckv3vtak75.png
图14:AOL仿真结果
204353p0ll07o00iwl71ll.png
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。

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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还是按经验值实际电路直接聚四氟乙烯或聚丙烯类型的电容避免此类问题呢 怎么利用仿真来确定发现这些漏电或者温漂问题   详情 回复 发表于 2024-4-22 21:32
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超低偏置电流测量时有关漏电或者温漂问题,软件能不能发现这些些问题么

然后再在实际电路是聚四氟乙烯或聚丙烯类型的电容

 

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还是按经验值实际电路直接聚四氟乙烯或聚丙烯类型的电容避免此类问题呢

怎么利用仿真来确定发现这些漏电或者温漂问题

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可以构建完整的电容模型,在电容厂商的官网可能可以下载到  详情 回复 发表于 2024-4-22 23:03

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qwqwqw2088 发表于 2024-4-22 21:32 还是按经验值实际电路直接聚四氟乙烯或聚丙烯类型的电容避免此类问题呢 怎么利用仿真来确定发现这些漏电 ...

可以构建完整的电容模型,在电容厂商的官网可能可以下载到

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