東南大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告-實(shí)驗(yàn)一-運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱:模擬電子電路實(shí)驗(yàn)第一次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用院（系）:自動化學(xué)院專業(yè)：自動化姓名：某某學(xué)號：08015實(shí)驗(yàn)室：101實(shí)驗(yàn)組別：同組人員：無實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2017年3月29日評定成績：審閱教師：實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆辗聪啾壤?、同相比例、加法、減法、積分、微分等電路的設(shè)計(jì)方法；熟練掌握運(yùn)算放大電路的故障檢查和排除方法；了解運(yùn)算放大器的主要直流參數(shù)（輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、漂移、共模抑制比，開環(huán)差模電壓增益、差模輸入電阻、輸出電阻等）、交流參數(shù)益帶寬積、轉(zhuǎn)換速率等）和極限參數(shù)（最大差模輸入電壓、最大共模輸入

2、電壓、最大輸 出電流、最大電源電壓等）的基本概念；熟練掌握運(yùn)算放大電路的增益、幅頻特性傳輸曲線測量方法1、2、3、4、溫度（增二、預(yù)習(xí)思考：自擬表格記錄相關(guān)的直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù),解釋1、查閱741運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊, 參數(shù)含義。參數(shù)名稱參數(shù)值參數(shù)意義及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何考慮直流參數(shù)輸入失調(diào)電壓UoTYP 1mV;MAX6mV在輸入電壓為0時(shí)，存在一疋的輸出電 壓。輸入偏置電流1 IBTYP80nA;MAX500nA第一級放大器輸入晶體管的基極直流 電流。這個(gè)電流保證放大器工作在線性 范圍，為放大器提供直流工作點(diǎn)輸入失調(diào)電流1 IOTYP 20 nA;MAX200nA輸入端的不對稱特性意味著兩

3、個(gè)偏置 電流幾乎總是不相等的失調(diào)電壓溫漂a Uo20 卩 V/ °C溫度變化帶來的失調(diào)電壓變化的比例共模抑制比氏MRMIN70dB;TYP 90dB輸入端口短路線中點(diǎn)對地加電壓和輸入端口兩點(diǎn)之間的電壓的比開環(huán)差模電壓增益AvdMIN20V/mV;TYP200V/mV輸出端無反饋情況下，輸出信號與輸入差模信號的比值輸出電壓擺幅UOmMIN± 12 V;TYP± 14V正負(fù)輸出電壓的擺動幅度極限差模輸入電阻RdQ；TYP 2Q輸入差模信號同相端與反相端之間的 近似電阻值輸出電阻Ro75 Q即運(yùn)放輸出電阻交流增益帶寬積有源器件或電路的增益與規(guī)定帶寬的乘積轉(zhuǎn)換速率Srjl

4、S該參數(shù)指輸出電壓的變化量與發(fā)生這個(gè)變化所需的時(shí)間之比最大差模輸入電壓UOR± 30V反向和同相輸入端能承受的最大電壓值。超過這個(gè)電壓值運(yùn)放的功能會受到 影響。最大共模輸入電壓UCRTYP± 13VNIN± 12V同相端與反相輸入端承受的最大共模信號電壓值。超過這個(gè)值運(yùn)放的共模抑 制比會顯著下降，放大功能會受到影 響。最大輸出電流1 OSTYP± 30mA;MAXt 40 mA運(yùn)放所能輸出的電流峰值。最大電源電壓Usr± 22V運(yùn)放最大電源電壓。參數(shù)極限參數(shù)2、設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例放大器，要求：|Av|=10 , Ri>10KQ, R-=10

5、0 K Q,并用Multisim 仿真；(1) 仿真原理圖(2)參數(shù)選擇計(jì)算因?yàn)橐髚Av|=10，即|Vo/Vi|=|-R f/Ri|=10,故取 Q=1OR1,輸入電阻盡量大些，取:R=15kQ, FF=150 k Q , R l=100 k Q(3)仿真結(jié)果當(dāng)輸入電壓為時(shí)，輸出電壓為，放大倍數(shù)為，與理論值10接近。3、 設(shè)計(jì)一個(gè)同相比例放大器，要求：|Av|=11 , Ri>10KQ, R-=100 K Q,并用 Multisim 仿真。(2) 參數(shù)選擇計(jì)算因?yàn)橐髚Av|=11，即|Vo/Vi|=1 + |-R f/Ri|=11,故取 R=10R,輸入電阻盡量大些，取:R=15k

6、Q, R=150 k Q , R l=100 k Q;(3 )仿真結(jié)果11接近。當(dāng)輸入電壓為時(shí)，輸出電壓為，放大倍數(shù)為，與理論值三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、內(nèi)容一：反相輸入比例運(yùn)算電路各項(xiàng)參數(shù)測量數(shù)據(jù)(1)下圖圖中電源電壓± 15V, R=10kQ, Rf=100 k Q, RL= 100 k Q, RP= 10kLi1I囲11 皮拍輸人比例込箝電術(shù)SIGLMTM30Q聲 0舒 lOOpsf = 1 I N 11 H,yi| »»2pv曉計(jì)開；'：fV-Pif-35?0WMSt152 F7Uc 20fCrvTopsite OnVGaxc二0 Q*VUrm ZOQnV

7、Ctitrm £$ COrtVsn：HCanVtdd-t3£ 7mVFMS =MG4mVCima-na TWFOV104 爲(wèi)FPR£-0 00%FOV -0,8%FffiE-t04%S< JBVZJ .hd9W2”fwq.iwb，籾？血434"Wch.fCOgR'W»2Be為鄧W2»4"bWiJIhil5ftrtnt."90%D4»50O%-9»Xi ；*au - 5C24UTCK1ttttJ la«腸61淸徐測SIS越 M3MpsOelay lOOqfV-Pif3矽MS

8、t1MVUc -IW3陽Top-134VGaxc=-idOvUpm £ Q COnVkinvfvi sO COtisn= U3Vtddi tisvFMS =伯 2VCirna : H97FOV-to%FPR£-0 00%FOV -0,8%FffiE -tOKZ-1J咖蝕sV*bKj4ihVAnhafwq.1Wb3 ?lh$CDlq"R'WW«2&*0vi；bw3ihil5arnt. 50%D4*49詁-9S2flLt's -to*Jia兀矗仲8 CmVy * IOOm«腸CK3淸徐測s全對川呈開；'：f = 1

9、I M 11 H,82 2 90MSJfCorr 7lspl3Eoge gg y DCL O-Oflmv1 DD VfdKUUUEVfwnIOC mWdh ooo mV2.50hiSj.'SCufF幵：，歸LL：ey DCL M：計(jì)5IELO4TM JI LeI岬 0 QQ|j£f iHlHIHiS4 ?.Mrfl jffeCiirr hMgPk=Pv-ja Wun-r 亠 17 rnvMm 7；0Vcj星那fap=12 ：cry=-12 JDkJkJm =-2flt JCfcTV1 vnRfTi =-3DOJrTfV生1尸苦3.E4VAid 二王EFFME+2.Ei 看Cl

10、 71： . = C上DCPCiVFFfiE ” ICO%戶訕 YgMFPfif -：j00&ylL OCui."血-R W-'汁Sh!HWm 冷 M&； hd-I'l KTP IF - I'l 艸.vjn. g jpi咄門申二q； pl1 rIBqRwi ?ii-弔.1f-ilJJ i|H尸州di特«-fl*.小血*>0C Eg辦Mr胡日戦CH磴-滬WE他 1- ijacw sa fYVbJ"J九胃5 DO Iff dk1 UU mV /'L'巨此»LFm|PdH 1.如nir-TTR z&

11、gt;3 XAv ?A>- hrrmr AvAh -出？丁St®, = -44 :J" =：aiSu? = 3fJ-3Viia和匚rnV/dN0 no nrtk5 JD Trik UUU mVhj- -jajAv-苗 tAJ> 心.13.他 v 土叮燈開匚程以及波形記錄:不斷增大輸入電壓值，直到輸出信號出現(xiàn)失真，此時(shí)，輸入電壓峰峰值為,入輸出波形如下:StGL&fTF>2Qujx1|QQl£IV：' 111J ii+iis. 2詼g Cur，- Tkjt歸rvE71WHin" RVAn<i *pnr/Tap-a -

12、rjve伍=-9 XJyDf» = -2COJCr4 mpwi =-3flLJClrTL與色"SIEh=E.珈<3ld= 6.477BMS = E.eV<im= =-E 47 /占D*fOV-IfFITC-1flO' -1.it%FPPE 7.1%.L J.LwliT-th-iL-rtrwJjpiS1fia ikrfT-1Q：MnJ 冊二帝 _ =' k |i>Jf n#*-A" L.tfr|H-疔口twiihwiriT-(Ms i知乜/*00 nV/dKDuh'-卿 Ol W:TrffU -W珈1ono mW二如Z5 3

13、D l-TdM1cAX-1?4-M71.2u V, 4Id：沖< /> ；=-J也X_、/沁./V：'YI - 1:1JiaPk-H-Hi-iW/產(chǎn)qn上0tbs定肪-全部訓(xùn)雖 訐啟 .PR. *HB.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:RL=100k Q，由于VCc=12V,運(yùn)算放大器的輸出電壓擺幅相應(yīng)降低，故最大不失 真輸出電壓峰值也降低為，與理論結(jié)果符合；SIELfT 副"匚艮 210訓(xùn) JOO*：' IIIJiRH丄S * 2詼?zhǔn)箨朇ur- Tkjt歸（b）電路的傳輸特性曲線 A.傳輸特性曲線圖：右¥護(hù)珂刖'<?iv jAx 月甩 Jlndr =

14、 -44- 57'-Brfjs = 19 9*ffi J-站】信澡CH?B.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由上圖，可知兩轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別為（ 與理論值10接近。,）和（，）,x =,ix - 2 C-V> ? - - rutfJ-VM.T iV- -tl z DV Vi= -ttav Yl - J 心Y=放大倍數(shù)為5 : LTrik-HUU UU 11:7Y / x=測量最大不失真輸出電（提示：考慮運(yùn)算放大器的最大輸出壓，并和（6）重加負(fù)載（減小負(fù)載電阻R）,使Rl= 220 Q,FL= 100 kQ數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析數(shù)據(jù)不同的原因。 電流）（a）實(shí)驗(yàn)過程以及波形記錄：不斷增大輸入電壓值,直到輸出信號

15、出現(xiàn)失真,此時(shí)，輸入電壓峰峰值為，輸入輸出波形如下:Jus- Q j l I UKFl-Pf *?護(hù)*3POifFV昨MVgrflHHlavE-bs?=-4 e-ivhr. 訂MR!API 1<vCnrvi =-3D LiJmVhrAZ7.曲咯* M W皿己匚 /hl' "i,M re%iZildfFRE3El扯nW打 phi I (IK-?轉(zhuǎn)34FUS W 羽P F<'/ - : W%-：fX施砂US、刊ifai汀斗“J 巧 I，" 'rc+.i -iJODHiCi-ns =£受PFRE -：齡tfi/v = Ma*豐 r-L

16、 C OC-iV1 QQj2C0 F畑Q on ivm? on VfdkU LiU in?JIS開心丄£ r lU Vji30mA1 y I負(fù)載RL=100KQR.=220Q電源電壓(V)1515最大不失真輸出電壓峰值(V)(b )實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:當(dāng)RL=100KQ時(shí)，最大不失真輸出電壓峰值為位于12V14V之間符合理論值。而當(dāng)RL=220Q時(shí)，則最大不失真輸出電壓為，考慮運(yùn)放的最大輸出電流為±負(fù)載上的最大電壓為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值相符合。1、內(nèi)容二:(1)設(shè)計(jì)一個(gè)同相輸入比例運(yùn)算電路，放大倍數(shù)為21,(由于從實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站下錯(cuò)實(shí)驗(yàn)講義，我下的16年的講義要求放大倍數(shù)為21,后來

17、做完實(shí)驗(yàn)才得知17年的講義要求放大倍數(shù)為11,姑且為21)且RF=100 kQ。輸入信號保持 Ui =不變，改變輸入信號的頻率，在輸出不失真的情況下，測出上限頻率fH并記錄此時(shí)的輸入輸出波形，測量兩者的相位差,并做簡單分析。(a)同相輸入比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)圖中電源電壓± 15V,R1=10kQ ,RF=200k Q ,RL = 100k Q ,1SIELENT彌 w nn, 2 LMuy 0 胡上|的囲嗨f-.j 刊心 FB Me Ctllr ?訓(xùn)2Fr刊町nrzMfhrM-if 叭AT - 1 仲比呼milap-14qVBtir 廠M-m -L Orr<7Cm-m = -r-

18、CD mV-Sx»= 133VCdd= 03'RUS = 1 二孰Cr-as =1.ZJV生PCFCv lij" mi-Z ES% f JD'-HllljJFPA-0 W% 以 LUMrrRO egRFFE -DeS沁丼亠1刃MS/ J*：*円飾-1- -Jill/AL JldmU|nHn|.r 5:F屮h典nw-it =聲邱 n k-Fl糾 L rr/ 51： Or V/drI/ Wavigf -巧 Kj¥ ;J/氣i-noo r vE:!、i".1i f 、1' J1/! J .P '1f.h/ 4- 彳心切卄, 嚴(yán)2

19、. MOJa5D0 mVIdNUkMJ r-iV11 *1VI/ 用二習(xí) 4Uj=V'lV'lr/i> 2，決Y2 - IJ5V1 - 1lj2JLSfnJ1| :茁E1亡；一USCi清除區(qū)全瑩則晝 開啟'期 *H10k|RP =t q I 沖 HzFl-py= Fiiv k 4nv=&jyE-ezrCnran:dri3L= "5VCits= i.15V.曠lVFf5E-：00%PFTiE-Z如*x I吹 L1jt二54誌屮工電E- ji'ij jj左74卅1門hL:屮ZT曲.1-麗沖？“1當(dāng)4p-ft'i: r. -1 Xf跡f

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21、D ftnVCaran -L Dti匚咼=3.1EV=二.燦OOf%FUS #豌FCV f：0（離Ci-ns = ZPFFE -: cmt /A f L O.OQfTivg1- -y旳眉P! Fih- iiiiji：wdiF-n 嘶1r.；*1 isBiafihrilW； jq' F4I iiUgin*fl/v S護(hù)怯- 200 mV/divi'uLv 亍別 e%fWfrv刊訓(xùn) £ra+.r -生仁吒;0 on iw1 ；1'l；L； JI ： rural1k1 11 ,估坤比 F1 DO VfdMi1ti'k.*山T印二也吃 U LilJ inV:L

22、-丿 ttus 1 'y VA 二-U 3LbJ51d1f/左更de1 /1¥： - 4V7VVYl - ：1 QJISh n 1 ' 07-P<i| 3.軌“信館克申 <清昧測£丟匡開心> 1 WV的計(jì)算就近似用電壓差值處以半 S,在理論的范圍內(nèi)，符合理論。1）（ 2）。列表比較前后兩組數(shù)據(jù)并總結(jié)在高（C）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 由于輸出信號近似為三角波，所以dUO/dt周期（卩S）的時(shí)間。理論值為，計(jì)算結(jié)果為卩（4） R改為10 kQ,自己計(jì)算 R的阻值，重復(fù)內(nèi)容二（的差別，從反相比例放大器增益計(jì)算、增益帶寬積等角度對之進(jìn)行分析。 頻應(yīng)用中該如

23、何綜合考慮增益帶寬積和轉(zhuǎn)換速率對電路性能的影響。1重復(fù)（1）:保持Vi =不變，改變輸入信號的頻率，在輸出不失真的情況下，測出上限頻率fH并記錄此時(shí)的輸入輸出波形，測量兩者的相位差，并做簡單分析。（a）上限頻率的測量逐漸增加輸入信號的頻率，當(dāng)輸入信號頻率為415KHZ時(shí)，達(dá)到上限頻率，波形如下如：5IGL日4T E?ggB MsQLrS3山.GiP"-rn£:drTf07*7B40m'r= 13aQnf=北f THlavE-bs?iZild"L.= -CLriVAPICnrvi =-巧為I季F/d - 2 璨 * hL V yA" T=?B.73

24、nA/-i怕 M-IIt訂?n 511-J廳1府FUS-vyni.CVjrr J札也vt 區(qū)m申M/re+.i r 1$丁曲 Ci-ns 丹惋lMPFFE -:恆宇 r-L C OOfiVJISp<i| : AS叫-1 卜汁 -fi/v XirCT< lAM-t7W； 工如心XI 二 *ll Ln= 昭V * y; - Bn>rYl - 7lnV開心SC.O mv/div on iwriEBP 5L D -TlVfdM U LIU inV(b)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理FF取值（kQ ）上限頻率f H(KHz)相位差t（卩 s）T（卩 s）=t/T X 360o10o10048°

25、(c )實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:RF=10kQ ,理論放大倍數(shù)降為2，由于增益帶寬積為一定值，故增益倍數(shù)下降會使上限頻率增大，本實(shí)驗(yàn)測量值，相比RF=10Ko的上限頻率，明顯增大，符合理論分析；相位差也發(fā)生較大變化，運(yùn)放對于輸出電壓的相位影響會越來越大。2重復(fù)(2):(a)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取:當(dāng)輸入的雙極性方波信號的頻率為130KHZ電壓值為1VPP時(shí)，輸出波形剛好是三角波，此時(shí)的輸入輸出波形如下SJCUeNT怎噩#210匹jncuLir - w.JCdzSil 護(hù)0 臨;V,Vlir TkjllTFV云Mnt-nrOOnvMir.-叩 fifl-VAn¥> *1B<VL 3 驢Top-

26、fleOjQrhV6巴±二冷iJpfTi - -2-CiJCi-V: m-m = -QflCjQrrVSlrrv宀LI尺墜0門2: 1' me= 5 23j3 mnf'_ £ EFGJFTP需丁 -n.ooM嚴(yán)ILFFPE 7曲LlOrrt'fL藺丄ik*斗-討 F /宦bH-吧掃!"典7序仃騎2、-ih-TR'.iRiu*-1“卜.27 Mr.20C ElWhDJy0 QD nV*4501： nT- fdkj也苫:7k-t7-kUUU 11.7-? - UJ丄|三-y1 - -J tlLis -i也逬¥一 一.一 一 一

27、；一 一1J _JPk-RpOr?frirn FK"蕓卑 *全鄒釦晝*H*旦（b）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理頻率輸入信號Vipp輸出信號VoppdUO/dt130KHZ1 V（c ）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由于輸出信號近似為三角波，所以 dUO/dt的計(jì)算就近似用電壓差值處以半周期的時(shí)間。理論值為，但測量值為，在理論的變化范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)值合理。3 總結(jié)在高頻應(yīng)用中該如何綜合考慮增益帶寬積和轉(zhuǎn)換速率對電路性能的影響：在一定的轉(zhuǎn)換速率下，頻率越高，對輸出信號的影響越明顯，在高頻輸入信號的情 況下輸出信號會嚴(yán)重失真。在高頻下應(yīng)該選用增益帶寬積更高的運(yùn)放，以防止由于高頻帶來的信號失真。3.內(nèi)容三：設(shè)計(jì)電路滿足以下加法

28、運(yùn)算關(guān)系（預(yù)習(xí)時(shí)設(shè)計(jì)好電路圖，并用Uo=-2Ui1+3Ui2Ui1接入方波信號，方波信號從示波器的校準(zhǔn)信號獲?。M示波器Ui1峰值）的方波信號，數(shù)字示波器Ui1為1KHz 5V （峰峰值）的方波信號）（峰峰值）的正弦信號，用示波器觀察輸出電壓實(shí)驗(yàn)中如波形不穩(wěn)定，可微調(diào)Ui2的頻率。Multisim軟件仿真）：為 1KHz 1V （峰 ，Ui2 接入 5kHz, Uo的波形，畫出波形圖并與理論值比較。（1）加法運(yùn)算電路設(shè)計(jì)（a）仿真原理圖XSC2(b)參數(shù)選擇計(jì)算本次實(shí)驗(yàn)值使用了一個(gè)運(yùn)放，利用運(yùn)放同向端與反相端實(shí)現(xiàn)減法。 對于反相端輸入的信號，其單獨(dú)作用時(shí)，電路結(jié)構(gòu)為一反相輸入比例運(yùn)算電路，由U0=-RF/R1*Ui,根據(jù)題目給出的系數(shù)，可取 RF(即為圖中的R4)值為200 k