ГОСТ 23089.13-86
Микросхемы интегральные. Методы измерения частоты среза и частоты единичного усиления операционных усилителей

ГОСТ 23089.13-86

Группа Э29

     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

Методы измерения частоты среза и частоты единичного усиления операционных усилителей

Integrated microcircuits. Measurement methods of the operational amplifiers cut-off frequency and unitary-gain frequency

ОКП 62 3100

Дата введения 1988-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26 августа 1986 г. N 2485 срок действия установлен с 01.01.88 до 01.01.93*

________________

* Ограничение срока действия снято по протоколу Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 2, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.


Настоящий стандарт распространяется на операционные усилители и устанавливает методы измерения частоты среза и частоты единичного усиления :

метод 1 - измерение частоты среза с плавным изменением частоты входного сигнала;

метод 2 - измерение частоты единичного усиления на фиксированной частоте.

Расчет значения частоты среза по известным значениям коэффициента усиления на постоянном токе и частоты единичного усиления приведен в справочном приложении 1.

Стандарт соответствует Публикации МЭК 147-2J в части требований к методу измерения частоты среза операционных усилителей (ОУ).

Общие требования к измерению и требования безопасности - по ГОСТ 23089.0-78.

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СРЕЗА С ПЛАВНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СРЕЗА С ПЛАВНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА

1.1. Принцип, условия и режим измерений

1.1.1. Метод основан на нахождении на амплитудно-частотной характеристике проверяемого ОУ частоты, на которой коэффициент усиления () ОУ уменьшается на 3 дБ относительно значения на заданной частоте .

1.1.2. Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов.

1.2. Аппаратура

1.2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на чертеже.

- проверяемый ОУ; - источник переменного напряжения; , - источники постоянного напряжения; - вспомогательное устройство балансировки (ВУБ); , - измерители переменного напряжения; , - суммирующие резисторы; , - резисторы входного делителя напряжения; - симметрирующий резистор; - резистор нагрузки проверяемого ОУ; - входной резистор ВУБ; - разделительный конденсатор; - конденсатор нагрузки проверяемого ОУ; - конденсатор цепи обратной связи ВУБ; - инвертирующий вход; - неинвертирующий вход; - суммирующая точка

1.2.2. Сопротивление резистора выбирают из условия

, (1)

где - типовое значение модуля входного сопротивления ОУ.

1.2.3. Сопротивление резисторов и выбирают из следующих условий:

, (2)

где - абсолютное максимальное значение напряжения (э.д.с.) смещения нуля проверяемого ОУ; - абсолютное максимальное значение выходного напряжения вспомогательного устройства балансировки (ВУБ);

, (3)

где - входное сопротивление измерителя ; - минимальное допустимое сопротивление нагрузки источника переменного напряжения;

, (4)

где - минимальное допустимое сопротивление нагрузки ВУБ.

1.2.4. Сопротивление резистора выбирают из условия

, (5)

где - входное сопротивление измерителя; - модуль входного сопротивления ВУБ; - сопротивление нагрузки, установленное в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов.

1.2.5. Сопротивление резистора выбирают из условия

. (6)

1.2.6. Допустимые отклонения сопротивления резисторов должны быть в пределах ±0,5%.

1.2.7. Источник переменного напряжения должен обеспечивать установление и поддержание на время измерения переменного напряжения синусоидальной формы , установленного в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов, с погрешностью в пределах ±3% в диапазоне частот от до .

Частоту указывают в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов, а частоту выбирают из условия

, (7)

где - верхний предел измерения частоты среза ОУ на установке; - максимальное значение частоты среза проверяемого ОУ.

Нестабильность по напряжению источника переменного напряжения за время измерения не должна превышать ±2%.

Погрешность установления и поддержания частоты переменного напряжения источника должна находиться в пределах ±2%.

1.2.8. Источники постоянного напряжения и должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания, установленного в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов, с погрешностью в пределах ±1%.

1.2.9. Емкость конденсатора выбирают из условия

. (8)

Допустимое отклонение емкости конденсатора должно находиться в пределах ±5%.

1.2.10. Емкость конденсатора выбирают из условия

, (9)

где - емкость нагрузки, установленная в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов; - паразитная емкость выходной цепи проверяемого ОУ; - входная емкость измерителя ; - входная емкость ВУБ.

Допустимое отклонение емкости конденсатора должно находиться в пределах ±2%.

1.2.11. Емкость конденсатора выбирают из условия

. (10)

Допустимое отклонение емкости конденсатора должно находиться в пределах ±5%.

1.2.12. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения в суммирующей точке с погрешностью в пределах ±4% в диапазоне частот от до .

1.2.13. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения на выходе проверяемого ОУ с погрешностью в пределах ±4% в диапазоне частот от до .

1.2.14. Коэффициент усиления вспомогательного устройства балансировки (ВУБ) на частоте должен удовлетворять условию

, (11)

где - коэффициент усиления ВУБ на частоте .

ВУБ, резистор и конденсатор исключают из схемы измерительной установки, если выполняется условие

, (12)

где - абсолютное максимальное значение выходного напряжения ОУ.

При этом выход проверяемого ОУ подсоединяют к правому по схеме выводу резистора . В этом случае значение сопротивления резистора вместо условия (5) выбирают из условия

. (13)

1.3. Подготовка и проведение измерений

1.3.1. Подключают ОУ к измерительной установке.

1.3.2. На ОУ подают напряжение питания от источников и .

1.3.3. От источника подают переменное напряжение с частотой .

1.3.4. Измеряют напряжение в суммирующей точке измерителем и напряжение на выходе ОУ измерителем .

1.3.5. Увеличивают частоту переменного напряжения источника до такого значения частоты , на которой выполняется условие

. (14)

Регистрируют частоту переменного напряжения, равную частоте среза проверяемого ОУ.

1.4. Показатели точности измерений

1.4.1. Показатели точности измерения частоты среза должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов с доверительной вероятностью 0,95.

Границы интервала, в котором находится погрешность измерения, определяют по формулам приложения 2.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЕДИНИЧНОГО УСИЛЕНИЯ НА ФИКСИРОВАННОЙ ЧАСТОТЕ

2.1. Принцип, условия и режим измерений

2.1.1. Метод основан на измерении коэффициента усиления проверяемого ОУ на фиксированной частоте и дальнейшем вычислении частоты единичного усиления.

2.1.2. Значение частоты должно находиться в пределах линейного участка спада амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) проверяемого ОУ и должно выбираться из ряда 10 кГц, где 0, 1, 2, 3...

2.1.3. Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ, конкретных типов.

2.1.4. Метод необходимо применять для ОУ, имеющих спад АЧХ в области высоких частот, равный 20 дБ/дек.

2.1.5. Для ОУ, у которых спад амплитудно-частотной характеристики в области высоких частот отличен от 20 дБ/дек, рекомендуется применять метод измерения частоты единичного усиления с плавным изменением частоты входного сигнала по рекомендуемому приложению 3.

2.2. Аппаратура

2.2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая структурная схема которой приведена на чертеже.

2.2.2. Сопротивления резисторов должны удовлетворять требованиям пп.1.2.2-1.2.6.

2.2.3. Источник переменного напряжения должен обеспечивать установление и поддержание на время измерения переменного напряжения синусоидальной формы , установленного в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов, с погрешностью в пределах ±3%.

Частоту переменного напряжения выбирают по п.2.1.2.

Нестабильность по напряжению источника переменного напряжения за время измерения не должна превышать ±2%.

Погрешность установления и поддержания частоты переменного напряжения источника должна находиться в пределах ±2%.

2.2.4. Источники постоянного напряжения и должны удовлетворять требованиям п.1.2.8.

2.2.5. Емкости конденсаторов должны удовлетворять требованиям пп.1.2.9-1.2.11.

2.2.6. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения в суммирующей точке с погрешностью в пределах ±2% на частоте .

2.2.7. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения на выходе проверяемого ОУ с погрешностью в пределах ±2% на частоте .

2.3. Подготовка и проведение измерений

2.3.1. Подключают ОУ к измерительной установке.

2.3.2. На ОУ подают напряжение питания от источника и .

2.3.3. От источника подают переменное напряжение с частотой .

2.3.4. Измеряют напряжение в суммирующей точке с измерителем .

2.3.5. Измеряют напряжение на выходе проверяемого ОУ измерителем .

2.4. Обработка результатов измерений

2.4.1. Частоту единичного усиления ОУ определяют по формуле

. (15)

2.5. Показатели точности измерений

2.5.1. Показатели точности измерения частоты единичного усиления проверяемого ОУ должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов с доверительной вероятностью 0,95.

Границы интервала, в котором находится погрешность измерения, определяют по формулам рекомендуемого приложения 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1(справочное). РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ СРЕЗА И ЧАСТОТЫ ЕДИНИЧНОГО УСИЛЕНИЯ ОУ ПО ИЗВЕСТНОМУ ЗНАЧЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

Для ОУ, имеющих однополюсную АЧХ со спадом 20 дБ/дек, частота среза может быть определена по известному значению коэффициента усиления на постоянном токе и частоты единичного усиления по формуле

.

Коэффициент усиления на постоянном токе может быть определен по ГОСТ 23089.1-83, а частота единичного усиления - по методу 2 или рекомендуемому приложению 3 настоящего стандарта

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЕДИНИЧНОГО УСИЛЕНИЯ И ЧАСТОТЫ СРЕЗА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

1. Составляющие погрешности измерения

1.1. Погрешность , вызванную погрешностью установления и поддержания частоты переменного напряжения источника , определяют по формуле

, (1)

где - относительная погрешность установления и поддержания частоты переменного напряжения источника .

1.2. Погрешность , вызванную неточностью установления и поддержания напряжения питания ОУ, для методов 2 и метода приложения 3 определяют по формуле

, (2)

где - значение изменения частоты единичного усиления, вызванное неточностью установления и поддержания напряжения питания ОУ; - минимальное значение частоты единичного усиления проверяемого ОУ.

1.3. Погрешность , вызванную неточностью установления и поддержания напряжения питания, для метода 1 определяют по формуле

, (3)

где - значение изменения частоты среза, вызванное неточностью установления и поддержания напряжения питания ОУ; - минимальное значение частоты среза проверяемого ОУ.

1.4. Погрешность , вызванную конечным значением коэффициента усиления схемы включения ОУ, для методов 2 и метода приложения 3 определяют по формуле

, (4)

где - значение изменения частоты единичного усиления, вызванное конечным значением коэффициента усиления схемы включения ОУ.

1.5. Погрешность , вызванную конечным значением коэффициента усиления схемы включения ОУ, для метода 1 определяют по формуле

, (5)

где - значение изменения частоты среза, вызванное конечным значением коэффициента усиления схемы включения ОУ.

1.6. Погрешность , вызванную отклонением сопротивления нагрузки проверяемого ОУ, для метода 2 определяют по формуле

, (6)

где - значение изменения частоты единичного усиления, вызванного отклонением сопротивления нагрузки проверяемого ОУ.

1.7. Погрешность , вызванную отклонением сопротивления нагрузки проверяемого ОУ, для метода 1 определяют по формуле

, (7)

где - значение изменения частоты среза, вызванное отклонением сопротивления нагрузки проверяемого ОУ.

1.8. Погрешность , вызванную отклонением емкости нагрузки проверяемого ОУ, для метода 2 и метода приложения 3 определяют по формуле

, (8)

где - значение изменения частоты единичного усиления, вызванное отклонением емкости нагрузки проверяемого ОУ.

1.9. Погрешность , вызванную отклонением емкости нагрузки проверяемого ОУ, для метода 1 определяют по формуле

, (9)

где - значение изменения частоты среза, вызванное отклонением емкости нагрузки проверяемого ОУ.

1.10. Погрешность , вызванную шумовыми параметрами проверяемого ОУ, определяют экспериментально статистической обработкой результатов измерений конкретных типов ОУ.

1.11. Погрешность , вызванную погрешностью измерителя , определяют по формуле

, (10)

где - относительная погрешность измерителя переменного напряжения .

1.12. Погрешность , вызванную погрешностью измерителя , определяют по формуле

, (11)

где - относительная погрешность измерителя переменного напряжения .

2. Погрешность измерения

2.1. Интервал, в котором с установленной вероятностью находится погрешность измерения частоты единичного усиления ОУ по методу 2 и методу приложения 3, определяют по формуле

(12)

где - коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и установленной вероятности 1,96 для нормального закона распределения и 0,95; , - коэффициенты, зависящие от законов распределений частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения 1,96. Для частной погрешности с равномерным законом распределения 1,65

2.2. Интервал, в котором с установленной вероятностью находится погрешность измерения частоты среза ОУ по методу 1, определяют по формуле

(13)

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (рекомендуемое). ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ЕДИНИЧНОГО УСИЛЕНИЯ С ПЛАВНЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВХОДНОГО СИГНАЛА

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое

1. Принцип, условия и режим измерений

1.1. Метод основан на определении частоты, на которой коэффициент усиления () ОУ равен единице.

1.2. Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов.

2. Аппаратура

2.1. Измерения производят на установке, электрическая структурная схема которой приведена на чертеже.

- проверяемый ОУ; - источник переменного напряжения; , - источники постоянного напряжения; , - измерители переменного напряжения; , - резисторы делителя напряжения; - резистор нагрузки проверяемого ОУ; - разделительный конденсатор; - конденсатор нагрузки проверяемого ОУ; - инвертирующий вход; - неинвертирующий вход

2.2. Источник переменного напряжения должен обеспечивать установление и поддержание на время изменения переменного напряжения синусоидальной формы , установленного в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов, с погрешностью в пределах ±4%.

Частота переменного напряжения источника должна находиться в диапазоне

от (1)

до , (2)

где - нижний предел измерения частоты единичного усиления на установке; - верхний предел измерения частоты единичного усиления на установке; - минимальная частота единичного усиления проверяемого ОУ; - максимальная частота единичного усиления проверяемого ОУ.

Нестабильность по напряжению источника переменного напряжения за время измерения не должна превышать ±2%.

Погрешность установления и поддержания частоты переменного напряжения источника должна находиться в пределах ±2%.

2.3. Источники постоянного напряжения и должны удовлетворять требованиям п.1.2.8 настоящего стандарта.

2.4. Сопротивление резистора выбирают из условия

, (3)

где - входное сопротивление измерителя ; - минимальное допустимое сопротивление нагрузки источника переменного напряжения .

Допустимое отклонение сопротивления резистора должно быть в пределах ±0,5%.

2.5. Сопротивления резисторов и выбирают из условий:

, (4)

, (5)

где - максимальное абсолютное значение напряжения (ЭДС) смещения нуля ОУ; - максимальное абсолютное значение выходного напряжения ОУ; - входное сопротивление измерителя ; - сопротивление нагрузки, установленное в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов.

Допустимое отклонение сопротивления резисторов и должно быть в пределах ±0,5%

2.6. Емкость конденсатора выбирают из условия

. (6)

Допустимое отклонение емкости конденсатора должно быть в пределах ±5%.

2.7. Емкость конденсатора выбирают из условия

, (7)

где - емкость нагрузки, установленная в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов; - паразитная емкость монтажа выходной цепи проверяемого ОУ; - входная емкость измерителя .

Допустимое отклонение емкости конденсатора должно быть в пределах ±2%.

2.8. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения на выходе источника с погрешностью в пределах ±4% в диапазоне частот от до .

2.9. Измеритель переменного напряжения должен обеспечивать измерение напряжения на выходе проверяемого ОУ с погрешностью в пределах ±4% в диапазоне частот от до .

3. Подготовка и проведение измерений

3.1. Подключают ОУ к измерительной установке.

3.2. На ОУ подают напряжение питания от источников и .

3.3. От источника подают переменное напряжение с частотой, равной .

Напряжение на выходе источника контролируют измерителем , а напряжение - измерителем

.

3.4. Плавно увеличивают частоту переменного напряжения источника до выполнения условия

.

Регистрируют частоту входного переменного напряжения, равную частоте единичного усиления проверяемого ОУ.

4. Показатели точности измерений

4.1. Показатели точности измерения частоты единичного усиления проверяемого ОУ должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на ОУ конкретных типов с доверительной вероятностью 0,95.

Границы интервала, в котором находится погрешность измерения, определяют по формулам рекомендуемого приложения 2.