ГОСТ 23089.12-86
Группа Э29
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
МИКРОСХЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ
Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей
Integrated microcircuits. Methods for measuring noise parameters of operational amplifiers
ОКП 62 3100
Дата введения 1987-07-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 июня 1986 г. N 1938 срок действия установлен с 01.07.87 до 01.07.92*
________________
* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта России от 30.07.1992 N 826 (ИУС N 10, 1992 год). - .
Настоящий стандарт распространяется на операционные усилители (ОУ) и устанавливает методы измерения:
нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума;
эффективного значения напряжения шума;
размаха шума.
Общие требования при измерении и требования безопасности по ГОСТ 23089.0-78.
1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОЙ Э.Д.С. ШУМА И НОРМИРОВАННОГО ТОКА ШУМА
1.1. Принцип, условия и режим измерения
1.1.1. Метод измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума основан на выделении отдельных участков спектра шума, осуществляемом узкополосными фильтрами с дальнейшим измерением нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума измерителем переменного напряжения.
1.1.2. Электрический режим и условия измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях (далее - ТУ) на ОУ конкретных типов.
1.1.3. ОУ должен быть включен с корректирующими цепями, если данное требование установлено в стандартах или ТУ на ОУ конкретных типов.
Шумы устройства контактирования ОУ и уровень наводок не должны влиять на результаты измерения.
1.2. Аппаратура
1.2.1. Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.1.
- проверяемый ОУ; , - источники постоянного напряжения; - полосовой фильтр; - измеритель переменного напряжения; , - резисторы обратной связи; - резистор, имитирующий сопротивление источника шума; - резистор нагрузки; - конденсатор нагрузки; - устройство коммутации; - инвертирующий вход ОУ; - неинвертирующий вход ОУ
Черт.1
1.2.2. Источники питания и должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию
, (1)
где - максимальная спектральная плотность напряжений пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения и , приведенная ко входу проверяемого ОУ, ;
- минимальная нормированная э.д.с. шума проверяемого ОУ, .
1.2.3. Полосовой фильтр должен обеспечивать эффективную полосу пропускания ±5%,
где - центральная частота полосы пропускания фильтра, Гц.
Центральную частоту полосы пропускания фильтров выбирают из ряда: 10, 20, 71, 120, 1000, 10, 10 Гц.
Неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±0,25 дБ.
Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи полосового фильтра не должна выходить за пределы ±2,5%.
Затухание полосового фильтра вне полосы пропускания должно быть не менее 24 дБ/окт.
Приведенное ко входу напряжение собственных шумов В, фильтра не должно превышать значения
, (2)
, (2а)
где - эффективная полоса пропускания полосового фильтра, Гц;
- минимальный нормированный ток шума проверяемого ОУ, .
1.2.4. Измеритель должен обеспечивать измерение переменного напряжения с погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.
Время измерения , с, измерителем определяют по формуле
, (3)
где - среднее квадратическое отклонение значений флуктуаций на выходе сглаживающего фильтра детектора.
1.2.5. Сопротивление резистора должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
1.2.6. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условий
, (4)
. (5)
При измерении нормированного тока шума, кроме условия (4), должно выполняться неравенство
, (6)
где - минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;
- максимальное абсолютное значение напряжения смещения нуля проверяемого ОУ, В;
; - максимальные значения нормированной э.д.с., , и нормированного тока шума проверяемого ОУ, ;
- абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.
Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5
%.
1.2.7. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условия
, (7)
где - минимальное значение нормированного тока шума проверяемого ОУ, .
Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
1.2.8. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условия
, (8)
где - сопротивление нагрузки ОУ, Ом;
- входное сопротивление полосового фильтра, Ом.
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±5%.
1.2.9. Емкость конденсатора , Ф, выбирают из условия
, (9)
где - емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;
- паразитная емкость монтажа, выходной цепи ОУ, Ф;
- входная емкость полосового фильтра, Ф.
Допустимое отклонение емкости конденсатора не должно выходить за пределы ±5%.
1.2.10. Суммарная паразитная емкость , Ф, состоящая из собственной емкости резистора и емкости монтажа, должна удовлетворять условию
, (10)
где - частота, на которой проводят измерение, Гц.
1.2.11. Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.
1.3. Подготовка и проведение измерений
1.3.1. Подключают ОУ к измерительной установке.
1.3.2. Подают на ОУ напряжения от источников постоянного напряжения и и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.
1.3.3. Ставят устройство коммутации в положение 1 и измерителем измеряют напряжение .
1.3.4. Ставят устройство коммутации в положение 2 и измерителем измеряют напряжение .
1.3.5. При необходимости допускается измерять нормированный ток шума и по инвертирующему входу ОУ подключением резистора в цепь инвертирующего входа проверяемого ОУ.
1.4. Обработка результатов
1.4.1. Нормированную э.д.с. шума , , определяют по формуле
, (11)
где - коэффициент передачи полосового фильтра .
Эффективную полосу пропускания полосового фильтра допускается принимать равной полосе пропускания того же фильтра на уровне 0,7 (минус 3 дБ).
1.4.2. Нормированный ток шума определяют по формуле
, (12)
1.5. Показатели точности измерений
1.5.1. Погрешность измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума ОУ не должна выходить за пределы ±10% с доверительной вероятностью 0,997.
1.5.2. Определение показателей точности измерения нормированной э.д.с. шума и нормированного тока шума приведено в рекомендуемом приложении 1.
2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА
2.1. Принцип, условия и режим измерений
2.1.1. Метод измерения эффективного значения напряжения шума ОУ основан на выделении заданной полосы шумового спектра ОУ, осуществляемом широкополосным фильтром с дальнейшим измерением эффективного значения напряжения шума, приведенного ко входу.
2.1.2. Условия и режим измерения - по пп.1.1.2 и 1.1.3.
2.2. Аппаратура
2.2.1. Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.2.
- проверяемый ОУ; , - источники постоянного напряжения; - полосовой фильтр; - измеритель эффективного значения переменного напряжения; , - резисторы обратной связи; - резистор нагрузки; - конденсатор нагрузки; - инвертирующий вход ОУ; - неинвертирующий вход ОУ
Черт.2
2.2.2. Источники постоянного напряжения и должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию
, (13)
где - максимальное эффективное значение напряжения пульсаций и собственных шумов источников постоянного напряжения и , приведенное ко входу проверяемого ОУ, В;
- минимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, В.
2.2.3. Полосовой фильтр должен обеспечивать полосу пропускания (на уровне минус 3 дБ) от 20 Гц до 20 кГц. Погрешность частот срезов полосового фильтра не должна выходить за пределы ±5%.
Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра не должна выходить за пределы ±2%.
Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 24 дБ/окт.
Приведенное ко входу напряжение собственных шумов , В фильтра не должно превышать значения
. (14)
2.2.4. Измеритель должен обеспечивать измерение эффективного значения переменного напряжения с относительной погрешностью, не выходящей за пределы ±3%.
Частоты срезов полосы пропускания измерителя должны удовлетворять условиям:
, (15)
, (16)
где , и , - нижняя и верхняя частоты срезов полосы пропускания измерителя и фильтра соответственно, Гц.
Приведенное ко входу напряжение собственных шумов , В измерителя не должно превышать значения
, (17)
где - коэффициент передачи полосового фильтра.
2.2.5. Сопротивление резистора должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
2.2.6. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условий
, (18)
, (19)
где - минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;
- максимальное абсолютное значение напряжения смещения проверяемого ОУ, В;
- максимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, В;
- абсолютное значение максимального выходного напряжения проверяемого ОУ, В.
Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
2.2.7. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условия
, (20)
где - сопротивление нагрузки проверяемого ОУ, Ом;
- входное сопротивление фильтра, Ом.
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±5%.
2.2.8. Емкость конденсатора , Ф, выбирают из условия:
, (21)
где - емкость нагрузки проверяемого ОУ, Ф;
- паразитная емкость монтажа входной цепи ОУ, Ф;
- входная емкость фильтра, Ф.
Допустимое отклонение емкости конденсатора не должно выходить за пределы ±5%.
2.2.9. Измерительные приборы и элементы, указанные на электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерений, указанную в настоящем стандарте.
2.3. Подготовка и проведение измерений
2.3.1. Подключают ОУ к измерительной установке.
2.3.2. Подают на ОУ напряжение от источников постоянного напряжения и и любым известным способом убеждаются в отсутствии генерации ОУ и посторонних наводок.
2.3.3. Измеряют напряжение измерителем .
2.4. Обработка результатов
2.4.1. Эффективное значение напряжения шума , В, приведенное ко входу ОУ, определяют по формуле
, (22)
где - эффективная полоса пропускания полосового фильтра , Гц.
2.5. Показатели точности измерений
2.5.1. Погрешность измерения - по п.1.5.1.
2.5.2. Определение показателей точности измерения эффективного значения напряжения шума приведено в рекомендуемом приложении 2.
3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ШУМА
3.1. Принцип, условия и режим измерения
3.1.1. Метод измерения размаха шума основан на детектировании шумов двух полярностей с дальнейшим суммированием пиковых значений напряжений.
3.1.2. Условия и режим измерения - по пп.1.1.2 и 1.1.3.
3.2. Аппаратура
3.2.1. Измерения следует проводить на измерительной установке, электрическая структурная схема которой приведена на черт.3.
- проверяемый ОУ; - сумматор; , - источники постоянного напряжения; , - резисторы обратной связи; - резистор, имитирующий сопротивление источника шума; - резистор нагрузки; - конденсатор нагрузки; , - пиковые детекторы положительной и отрицательной полярности; - полосовой фильтр; - инвертирующий вход ОУ; - неинвертирующий вход ОУ
Черт.3
3.2.2. Источники питания и должны обеспечивать установление и поддержание напряжения питания ОУ с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%, и удовлетворять условию
, (23)*
где * - максимальный размах напряжений собственных шумов и пульсаций источников питания, приведенный ко входу проверяемого ОУ, В;
- минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.
__________________
* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. - .
3.2.3. Погрешность измерителя постоянного напряжения не должна выходить за пределы ±0,5%.
3.2.4. Полосовой фильтр должен обеспечивать полосу пропускания от 0,1 до 10 Гц.
Погрешность установления и поддержания коэффициента передачи фильтра в полосе пропускания не должна выходить за пределы ±3%.
Затухание фильтра вне полосы пропускания с обеих сторон должно быть не менее 12 дБ/окт.
3.2.5. Пиковыми детекторами , должно быть обеспечено преобразование шумовых выбросов по их амплитудному значению с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%.
Изменение амплитуды на выходе детекторов за время измерения не должно превышать 1%.
3.2.6. Сумматор должен обеспечивать суммирование выбросов шума по их абсолютному значению с погрешностью, не выходящей за пределы ±1%.
3.2.7. Сопротивление резистора должно быть от 10 до 100 Ом. Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
3.2.8. Сопротивление резистора устанавливают в стандартах или ТУ на ОУ конкретных типов. Резистор должен быть без токовых шумов (например микропроволочный). Рекомендуемое значение сопротивления резистора 100 кОм.
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
3.2.9. Сопротивление резистора , Ом, выбирают из условий
, (24)
, (25)
где - минимальное значение коэффициента усиления проверяемого ОУ;
- максимальное абсолютное значение напряжения смещения проверяемого ОУ, В;
- максимальное значение размаха шума проверяемого ОУ, В;
- абсолютное значение выходного напряжения проверяемого ОУ, В;
- максимальное абсолютное значение выходного тока проверяемого ОУ, А.
Резистор должен быть без токовых шумов (например проволочный).
Допустимое отклонение сопротивления резистора не должно выходить за пределы ±0,5%.
3.2.10. Измерительные приборы и элементы, указанные в электрической структурной схеме, допускается заменять другими устройствами, выполняющими те же функции и обеспечивающими точность измерения, указанную в настоящем стандарте.
3.3. Подготовка и проведение измерений - по пп.2.3.1-2.3.3.
3.4. Обработка результатов
3.4.1. Размах шума , В, определяют по формуле
, (26)
где - коэффициент передачи детекторов;
- коэффициент передачи сумматора ;
- коэффициент передачи фильтра .
3.5. Показатели точности измерений
3.5.1. Погрешность измерения - по п.1.5.1.
3.5.2. Определение показателей точности измерения размаха шума приведено в рекомендуемом приложении 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОЙ Э.Д.С. ШУМА И НОРМИРОВАННОГО ТОКА ШУМА
1. Составляющие погрешности измерения
1.1. Погрешность , вызванную конечным значением коэффициента усиления проверяемого ОУ, определяют по формуле
, (1)
где - минимальный коэффициент усиления проверяемого ОУ.
1.2. Погрешность , вызванную наличием напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого ОУ, определяют по формуле
, (2)
, (2а)
где - коэффициент влияния нестабильности источников питания на э.д.с. смещения нуля проверяемого ОУ от частоты;
- максимальная спектральная плотность напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого ОУ, ;
- минимальная нормированная э.д.с. шума проверяемого ОУ, ;
- минимальный нормированный ток шума проверяемого ОУ,
.
1.3. Погрешность , вызванную отклонением значений сопротивлений резисторов и , определяют по формуле
, (3)
где - допустимое отклонение значений сопротивлений резисторов и .
Погрешность , вызванную отклонением значения сопротивления резистора , определяют по формуле
, (3а)
где - допустимое отклонение значения сопротивления резистора .
1.4. Погрешность , вызванную изменением сопротивления резистора от паразитной емкости, определяют по формуле
, (4)
где - частота, на которой проводят измерения, Гц;
- паразитная емкость резистора , Ф.
1.5. Погрешность , вызванную погрешностью измерения измерителя , определяют по формуле
, (5)
где - погрешность измерителя .
1.6. Погрешность , вызванную неточностью коэффициента передачи полосового фильтра , определяют по формуле
, (6)
где - погрешность коэффициента передачи полосового фильтра .
1.7. Погрешность , вызванную неточностью определения эквивалентной полосы пропускания полосового фильтра, определяют по формуле
, (7)
где - составляющая погрешности, обусловленная погрешностью измерения напряжения;
- составляющая погрешности, обусловленная измерением частоты;
- составляющая погрешности, обусловленная ошибками при определении кривой зависимости частотной характеристики фильтра, подсчета площади и построения равновеликого прямоугольника.
1.8. Погрешность , вызванную конечным значением времени измерения, определяют по формуле
, (8)
где - эффективная полоса пропускания полосового фильтра, Гц;
- заданное время измерения, с.
1.9. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов полосового фильтра, определяют по формуле
, (9)
, (9a)
где - напряжение собственных шумов на входе полосового фильтра , В.
1.10. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов измерителя , определяют по формуле
; (10)
. (10а)
1.11. Погрешность , вызванную наличием нормированной э.д.с. шумов проверяемого ОУ при измерении нормированного тока шума, определяют по формуле
. (11)
2. Погрешность измерения
2.1. Погрешность измерения нормированной э.д.с. шума определяют по формуле
(12)
где - коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и доверительной вероятности . Для нормального закона распределения и 0,997, 2,97;
, - коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения 3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения 1,7
3.
2.2. Погрешность измерения нормированного тока шума определяют по формуле
(13)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШУМА
1. Составляющие погрешности измерения
1.1. Погрешность , вызванную конечным значением коэффициента усиления проверяемого ОУ, определяют по формуле
, (1)
где - минимальный коэффициент усиления проверяемого ОУ.
1.2. Погрешность , вызванную наличием напряжений собственных шумов и пульсации источников питания, определяют по формуле
, (2)
где - коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения нуля проверяемого ОУ от частоты;
- максимальное эффективное значение напряжений пульсации и собственных шумов источников питания проверяемого ОУ, В;
- минимальное эффективное значение напряжения шума проверяемого ОУ, В.
1.3. Погрешность , вызванную отклонением значений сопротивлений резисторов и , определяют по формуле
, (3)
где - допустимое отклонение значений сопротивлений резисторов и .
1.4. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов резисторов , , определяют по формуле
, (4)
где .
1.5. Погрешность , вызванную погрешностью измерения измерителя , определяют по формуле
, (5)
где - погрешность измерителя .
1.6. Погрешность , вызванную неточностью коэффициента передачи полосового фильтра , определяют по формуле
, (6)
где - погрешность коэффициента передачи полосового фильтра .
1.7. Погрешность , вызванную нестабильностью частот срезов полосы пропускания фильтра , определяют по формуле
, (7)
где - погрешность верхней частоты среза фильтра ;
- верхняя частота среза полосы пропускания фильтра , Гц.
1.8. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов полосового фильтра , определяют по формуле
, (8)
где - напряжение собственных шумов на входе полосового фильтра, В.
1.9. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов измерителя , определяют по формуле
, (9)
где - напряжение собственных шумов на входе измерителя ;
- коэффициент передачи фильтра .
2. Погрешность измерения
2.1. Погрешность измерения эффективного значения напряжения шума определяют по формуле
(10)
где - коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и доверительной вероятности . Для нормального закона распределения и 0,997, 2,97;
, - коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения 3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения 1,73.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМАХА ШУМА
1. Составляющие погрешности измерения
1.1. Погрешность , вызванную конечным значением коэффициента усиления проверяемого ОУ, определяют по формуле
. (1)
1.2. Погрешность , вызванную наличием напряжений собственных шумов и пульсации источников питания, определяют по формуле
, (2)
где - максимальный размах напряжений собственных шумов и пульсаций источников питания проверяемого ОУ, В;
- коэффициент влияния нестабильности источников питания на э.д.с. смещения нуля проверяемого ОУ от частоты;
- минимальный размах шума проверяемого ОУ, В.
1.3. Погрешность , вызванную отклонением значений сопротивлений резисторов обратной связи и , определяют по формуле
, (3)
где - допустимое отклонение значения сопротивления резисторов и .
1.4. Погрешность , вызванную наличием собственных шумов резистора , определяют по формуле
, (4)
где - эффективная полоса пропускания фильтра , Гц.
_________________
Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. - .
1.5. Погрешность , вызванную погрешностью измерителя , определяют по формуле
, (5)
где - погрешность измерителя .
1.6. Погрешность , вызванную погрешностью коэффициента передачи фильтра нижних частот , определяют по формуле
, (6)
где - погрешность коэффициента передачи фильтра нижних частот в полосе пропускания.
1.7. Погрешность , вызванную погрешностью коэффициента преобразования пиковых детекторов и , определяют по формуле
, (7)
где - погрешность коэффициента передачи пиковых детекторов.
1.8. Погрешность , вызванную погрешностью суммирования сумматора , определяют по формуле
, (8)
где - погрешность суммирования сумматора .
1.9. Погрешность , вызванную конечным значением времени измерения, определяют по формуле
, (9)
где - время измерения, с.
1.10. Погрешность , вызванная конечным значением времени разряда детекторов, не должна превышать 1%.
2. Погрешность измерения
2.1. Погрешность измерения размаха шума определяют по формуле
(10)
где - коэффициент, зависящий от закона распределения погрешности измерения и доверительной вероятности . Для нормального закона распределения и 0,997, 2,97;
, - коэффициенты, зависящие от законов распределения частных погрешностей. Для частной погрешности с нормальным законом распределения 3. Для частной погрешности с равномерным законом распределения 1,73.
Электронный текст документа
и сверен по:
М.: Издательство стандартов, 1986
