基于Multisim10的集成运算放大器指标测试

胡赛纯，邱 飚，周来秀

（湖南城市学院 物理与电信工程系，湖南 益阳413000）

基于Multisim10的集成运算放大器指标测试

胡赛纯，邱 飚，周来秀

（湖南城市学院 物理与电信工程系，湖南 益阳413000）

给出了一种在Multisim10中测试集成运算放大器参数指标的仿真方法，结果证明了该方法的可行性和有效性；同时将实物电路和软件仿真法所测得的数据进行了比较，发现软件仿真法测得的数据精度更高.

Multisim10；集成运放；参数；测试

集成运算放大器是一种线性集成电路，和其他半导体器件一样，它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣.为了正确使用集成运放（集成运算放大器的简称，以下同），就必须了解它的主要参数指标［1］.集成运放组件的各项指标通常是由专用仪器进行测试的，这里介绍的是一种基于Multisim10软件的测试方法.

本文中采用的集成运放型号为741，引脚排列见图1，它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚分别为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚分别为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①、⑤脚之间可接入一只几十kΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端，⑧脚为空脚［1-2］.

图1 741的引脚排列图Fig.1 741 pin diagram

1 741主要指标测试

1.1 输入失调电压UiS

从2种方法所得数据来看，基本上还是相等的.

图2 输入失调电压测试图Fig.2 Test of input offset voltage

1.2 输入失调电流IiS

输入失调电流IiS是指当输入信号为零时，运放的两个输入端的基极偏置电流之差［1-3］，

通常采用如图2、图3所示电路图进行测试，由图2得U01，由图3得U02，再折算出来.计算公式如下：

在Multisim10中按图2、图3连接好电路，按下仿真开关，由图2测得输出电压U01=0.104 V，由图3（其中R1＝R2=51 Ω，R3=R4=5.1 kΩ，R5＝R6＝2 kΩ，V1=V2=12 V）测得U02=0.107 V，经计算得IiS＝1.485×10-8A（图中的R4就是公式中的RF，R6、R8就是公式中的RB）.再利用实物电路进行了测量，利用测得的数据并计算得输入失调电流IiS为1.478×10-8A，从2种方法所得数据来看，基本上还是相等的.

图3 输入失调电流测试图Fig.3 Tes of input offset current

1.3 开环差模放大倍数Aud

集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数［1-3］，用Aud表示.它定义为开环输出电压U0与两个差分输入端之间所加信号电压Uid之比：

按定义，Aud应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频正弦交流信号（这里用的是100 Hz、30 mV的正弦信号）进行测量.由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法.现采用交、直流同时闭环的测试方法，测试电路见图4［3-4］.被测运放一方面通过R4、R1、R2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移，另一方面通过R4和R6实现交流闭环，外加信号U1经R1、R2分压，使Uid足够小，以保证运放工作在线性区，同时输入端电阻R3应与反输入端电阻R2相匹配，以减小输入偏置电流的影响，电容C1为隔直电容.被测运放的开环电压放大倍数为：

在Multisim10中按图4连接好电路图，按下仿真开关，测得此时的输出电压U0=2.336 V，输入端电压Ui=0.024 V，另从图4得知，R1=5.1 kΩ，R2=51 Ω，则得开环差模放大倍数Aud=97.43.在实物电路中进行测量，利用测得的数据并计算得开环差模放大倍数Aud=97.34.从2种方法所得数据来看，基本上是相等的.

图4 开环差模放大倍数测试Fig.4 Test of Open-loop differential mode magnification

1.4 共模抑制比CMRR

集成运放的差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数AC之比称为共模抑制比.

在Multisim10中按图5连接好电路［4］，按下仿真开关，测得此时的输出电压U0C=3.073 V，已知UiC=1 V.将数据代入上式（公式中的RF就是图5中的R2=100 kΩ，而R1=1 kΩ），经计算得出CMRR=32.54.在实物电路中进行测量，利用测得的数据并计算得CMRR=32.40.从2种方法所得数据来看，基本上是相等的.

1.5 共模输入电压范围Uicm

集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，运放的CMRR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏.在Multisim10中按图6连接好测试电路，当最大输出波形不失真时（见图7），UI=9 V，至于最小值为多少，我们试到了几μV，监测波形时还是正常的.所以共模输入电压范围Uicm为不大于9 V.在实物电路中进行测量所获得的共模输入电压范围和仿真的相同.

图5 共模抑制比测试图Fig.5 Test of Common-mode rejection ratio

图6 共模输入电压范围测试图Fig.6 Test of Common mode input voltage range

图7 最大输出波形Fig.7 MaximuMoutput waveform

1.6 输出电压最大动态范围UOPP

集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关.现按图8连接好测试电路.当输入信号取“80 mV，100 Hz”时，输出波形开始失真（见图9），此时测得输出电压U0=7.989 V，这就是此电路的输出电压最大动态范围.在实物电路中进进行测量所获得的输出电压最大动态范围为8.011 V，基本上相等.

图8 输出电压最大动态范围测试Fig.8 Test of the largest dynaMic range of output voltage

图9 输出波形Fig.9 Output waveform

2 结语

本文在介绍了用Multisim10电路仿真软件测试集成运算放大器参数指标的同时也利用实物电路进行了测量并进行了比较，发现在实物测量中由于元器件、仪器的精度及人为因素，所测数据存在一些误差，而利用Multisim10电路仿真软件测出的数据精度更高.同时也为利用计算机辅助教学改革教学方法和教学手段提供一个典型的范例［5-6］.运用mulitsin10电路仿真软件对集成运算放大器参数指标进行测试，解决了许多学校由于没有专用仪器而无法进行该实验的困境.

［1］周良权.模拟电子技术基础[M].北京；高等教育出版社2005：69-73.

［2］康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004：249-253.

［3］卢庆林.电子线路CAD设计 [M].重庆：重庆大学出版社，2004：56-60.

［4］李加升.在Multisim7中放大器动态指标测试[J].湖南工业大学学报，2008（1）：46－48.

［5］牧仁，彭红梅.Multisim在电子技术实验教学中的应用[J].内蒙古民族大学学报：自然科学版，2006，12（4）：60－61.

［6］高娟，李峰.基于Multisim的电子电路仿真研究[J].青岛职业技术学院学报，2006，19（2）：63-65.

责任编辑：黄 澜

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

湖南省高等学校科学研究项目（07C189）