北航-電子實習-模擬部分-實驗報告試驗4

儀器科學與光電工程學院電子實習A2模擬部分實驗報告實驗四:集成運算放大器應用2012/5/12

目錄一、 實驗目的 2二、 實驗結(jié)果 21） 實驗電路 22） 示波器觀察放大倍數(shù) 23） 分析參考電壓與輸出直流信號的關(guān)系： 54） 分析溫度漂移特性： 65） 搭建積分器，微分器，射隨器電路： 7A） 積分器 7B） 微分器 9C） 射隨器: 106） 搭建減法器： 11三、 問題回答 12（1） 大信號放大的特性與小信號放大特性的區(qū)別？ 12（2） 運放的重要指標有哪些？ 12（3） 運算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對于整體運放電路，輸入輸出電阻如何估算？ 12（4） 運放的溫度漂移特性如何，并試回答原因何在？ 12（5） 請分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會。 13圖表目錄TOC\h\z\c"Figure"Figure1實驗電路 2Figure2反饋電阻Rf=1kohm 4Figure3反饋電阻Rf=2kohm 4Figure4偏置電壓和輸出飽和值 5Figure5積分器正弦輸入 7Figure6積分器正弦波輸入電路 8Figure7積分器方波輸入 8Figure8積分器方波輸入電路圖 9Figure9微分器輸出波形 9Figure10微分器電路結(jié)構(gòu) 10Figure11射隨器輸入輸出波形 10Figure12射隨器輸入輸出數(shù)值 11Figure13射隨器結(jié)構(gòu) 11Figure14減法器結(jié)構(gòu)及輸出電壓 11實驗四:集成運算放大器應用實驗目的了解集成運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分功能、特點；了解集成運放主要參數(shù)的定義，以及它們對運放性能的影響。掌握集成運算放大器的正確使用方法；掌握用集成運算放大器構(gòu)成各種基本運算電路的方法；掌握根據(jù)具體要求設計集成運算放大電路的方法，并會計算相應的元件參數(shù)；學習使用示波器DC、AC輸入方式觀察波形的方法，掌握輸出波形的測量繪制方法。實驗結(jié)果實驗電路根據(jù)實驗要求，畫出實驗電路圖如下所示FigureSEQFigure\*ARABIC1實驗電路示波器觀察放大倍數(shù)由圖可知，根據(jù)放大倍數(shù)的計算，對交流信號的放大倍數(shù)為1，且輸出落后輸入半個周期。由電路參數(shù)可以計算，輸入輸出電壓關(guān)系為：，此處U1=VDD，U2=V2，以下通過改變反饋電阻的方式進行測量計算原理相同。*對輸入輸出都利用交流檔，濾去直流成分FigureSEQFigure\*ARABIC2反饋電阻Rf=1kohm*利用公式計算可以得到，對VDD（直流）放大倍數(shù)為1，對V2（交流）放大倍數(shù)為1，測量結(jié)果與計算值相符。*利用探針功能分別在輸入（交流）輸出端測量FigureSEQFigure\*ARABIC3反饋電阻Rf=2kohm*利用公式計算可以得到，對VDD（直流）放大倍數(shù)為1.5，對V2（交流）放大倍數(shù)為2，測量結(jié)果與計算值相符。*利用探針功能分別在輸入（交流）輸出端測量分析參考電壓與輸出直流信號的關(guān)系：FigureSEQFigure\*ARABIC4偏置電壓和輸出飽和值利用parametersweep分析功能，選擇偏置電壓VCC和VSS在5v至18v見變化，分析飽和直流輸出電壓與偏置電壓關(guān)系，可以看到，飽和直流輸出電壓始終小于偏置電壓，且隨偏置電壓增大而增大。利用parametersweep分析功能，固定偏置電壓在+/-15v，改變直流電壓輸入在值，觀察輸出電壓與直流輸入電壓的關(guān)系。FigureSEQFigure\*ARABIC5輸出電壓與直流輸入電壓關(guān)系從結(jié)果可以看到，在該電路條件下，輸出隨著輸出線性增大，輸出達到最大值約13.7V時，即使輸入繼續(xù)增大，輸出電壓也不再增加。分析溫度漂移特性：利用溫度掃描功能，在-40度至85度間間隔30個點對電路進行溫度掃描分析；由結(jié)果可以看到，隨溫度的改變，電路輸出幾乎完全重合，說明該運放電路的溫度特性非常好。搭建積分器，微分器，射隨器電路：積分器FigureSEQFigure\*ARABIC6積分器正弦輸入FigureSEQFigure\*ARABIC7積分器正弦波輸入電路通過示波器可以讀出，A通道（幅度較小波形）輸出信號199.9963ms，B通道（幅度較大波形）輸入信號202.5109ms，差2.5146ms，由于周期為100hz=10ms，故輸出落后輸入90.5度。FigureSEQFigure\*ARABIC8積分器方波輸入FigureSEQFigure\*ARABIC9積分器方波輸入電路圖在不改變電路結(jié)構(gòu)的前提下，將正弦信號波形改為方波型號波形，此時積分器其可將相應方波變換成鋸齒波，此時鋸齒波質(zhì)量和幅度與反饋電容大小有關(guān)。微分器FigureSEQFigure\*ARABIC10微分器輸出波形FigureSEQFigure\*ARABIC11微分器電路結(jié)構(gòu)射隨器:FigureSEQFigure\*ARABIC12射隨器輸入輸出波形FigureSEQFigure\*ARABIC13射隨器輸入輸出數(shù)值FigureSEQFigure\*ARABIC14射隨器結(jié)構(gòu)射隨器即為放大倍數(shù)為1的運算放大電路，在輸出端電壓相對輸入端呈現(xiàn)很好的電壓跟隨特性，由波形及探針實測可以看到，輸入輸出電壓值完全相同，但考慮到運算放大器輸出特性，電路處在負反饋部分，此時輸出落后輸入半個周期。搭建減法器：FigureSEQFigure\*ARABIC15減法器結(jié)構(gòu)及輸出電壓如圖所示，，由此可得，，由圖示結(jié)果驗算后符合。在電路圖中V2=3V，V1=2V，Rf=4kohm，最終輸出直流電壓為504.606mV，理論值為500mV。問題回答大信號放大的特性與小信號放大特性的區(qū)別？答：對大信號時，需要考慮運放轉(zhuǎn)換速率SR，若超出運放工作速度范圍，則輸出電壓會出現(xiàn)失真，只有在范圍內(nèi)，輸出電壓才能按照線性變化，對小信號，一般不需要考慮轉(zhuǎn)換速率SR的問題，即認為小信號速率，始終滿足SR的要求，同時，隨著頻率的增大，實際轉(zhuǎn)換速率也會增大，故一般大信號下運放帶寬比小信號窄。運放的重要指標有哪些？答：開環(huán)差模增益，共模抑制比，差模輸入電阻，輸入失調(diào)電壓及其溫漂，輸入失調(diào)電流及其溫漂，輸入偏置電流，最大共模輸入電壓，最大差模輸入電壓，-3DB帶寬，單位增益帶寬，轉(zhuǎn)換速率。運算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對于整體運放電路，輸入輸出電阻如何估算？查閱相關(guān)數(shù)據(jù)文檔，可以找到AD817對應輸入電阻為300kohm；對整體運放電路，可以采用虛短、虛斷特性估計輸入電阻，即從電路輸入端和地之間看進去的等效電阻等于輸入端與虛地之間看進去的等效電阻，所以信號輸入電阻等于信號輸入端與放大器反相輸入端間電阻的阻值。輸出電阻：對理想集成運算放大器輸出電阻，可認為，若由運放輸出端直接輸出，輸出電阻為0運放的溫度漂移特性如何，并試回答原因何在？答：由實測，對運放電路，隨著溫度的改變，輸出電壓幾乎不發(fā)生變化，可以看到，運放的溫度特性非常好，主要原因如下：運放輸入級采用高性能差分放大電路，由電流源電路供電，輸出采用互補輸出級，電路中存在的負反饋結(jié)