東南大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告模擬運(yùn)算放大電路(一)

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： 模擬電路實(shí)驗(yàn) 第 一 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 模擬運(yùn)算放大電路（一） 院 （系）： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室: 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 實(shí)驗(yàn)一 模擬運(yùn)算放大電路（一）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 熟練掌握反相比例、同相比例、加法、減法等電路的設(shè)計(jì)方法。2、 熟練掌握運(yùn)算放大電路的故障檢查和排除方法，以及增益、傳輸特性曲線的測(cè)量方法。3、 了解運(yùn)放調(diào)零和相位補(bǔ)償?shù)幕靖拍?。二、?shí)驗(yàn)原理：1、反向比例放大器 反饋電阻RF值一般為幾十千歐至幾百千歐，太大容易產(chǎn)生較大的噪聲及漂移。R的取值則應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源vi的內(nèi)阻。

2、 若RF= R，則為倒相器，可作為信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換電路。2、電壓傳輸特性曲線雙端口網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓值隨輸入電壓值的變化而變化的特性叫做電壓傳輸特性。電壓傳輸特性在實(shí)驗(yàn)中一般采用兩種方法進(jìn)行測(cè)量。一種是手工逐點(diǎn)測(cè)量法，另一種是采用示波器X-Y方式進(jìn)行直接觀察。示波器X-Y方式直接觀察法：是把一個(gè)電壓隨時(shí)間變化的信號(hào)（如：正弦波、三角波、鋸齒波）在加到電路輸入端的同時(shí)加到示波器的X通道，電路的輸出信號(hào)加到示波器的Y通道，利用示波器X-Y圖示儀的功能，在屏幕上顯示完整的電壓傳輸特性曲線，同時(shí)還可以測(cè)量相關(guān)參數(shù)。具體測(cè)量步驟如下：(1) 選擇合理的輸入信號(hào)電壓，一般與電路實(shí)際的輸入動(dòng)態(tài)范圍相同，太大除了會(huì)

3、影響測(cè)量結(jié)果以外還可能會(huì)損壞器件；太小不能完全反應(yīng)電路的傳輸特性。(2) 選擇合理的輸入信號(hào)頻率，頻率太高會(huì)引起電路的各種高頻效應(yīng)，太低則使顯示的波形閃爍，都會(huì)影響觀察和讀數(shù)。一般取50500Hz 即可。(3) 選擇示波器輸入耦合方式，一般要將輸入耦合方式設(shè)定為DC，比較容易忽視的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通過(guò)觸發(fā)耦合按鈕來(lái)設(shè)定的，同樣也要設(shè)成DC。(4) 選擇示波器顯示方式，示波器設(shè)成X-Y 方式，對(duì)于模擬示波器，將掃描速率旋鈕逆時(shí)針旋到底就是X-Y 方式；對(duì)于數(shù)字示波器，按下“Display”按鈕，在菜單項(xiàng)中選擇X-Y。(5) 進(jìn)行原點(diǎn)校準(zhǔn)，對(duì)于模擬示波器，可把兩個(gè)通道都接地

4、，此時(shí)應(yīng)該能看到一個(gè)光點(diǎn)，調(diào)節(jié)相應(yīng)位移旋鈕，使光點(diǎn)處于坐標(biāo)原點(diǎn)；對(duì)于數(shù)字示波器，先將CH1 通道接地，此時(shí)顯示一條豎線，調(diào)節(jié)相應(yīng)位移旋鈕，將其調(diào)到和Y 軸重合，然后將CH1 改成直流耦合，CH2 接地，此時(shí)顯示一條水平線，調(diào)節(jié)相應(yīng)位移旋鈕，將其調(diào)到和X 軸重合。3、電壓增益(電壓放大倍數(shù)AV) 電壓增益是電路的輸出電壓和輸入電壓的比值，包括直流電壓增益和交流電壓增益。實(shí)驗(yàn)中一般采用萬(wàn)用表的直流檔測(cè)量直流電壓增益，測(cè)量時(shí)要注意表筆的正負(fù)。交流電壓增益測(cè)量要在輸出波形不失真的條件下，用交流毫伏表或示波器測(cè)量輸入電壓Vi (有效值)或Vim(峰值)或Vip-p（峰-峰值）與輸出電壓Vo(有效值)或V

5、om(峰值)或 Vop-p（峰-峰值），再通過(guò)計(jì)算可得。三、預(yù)習(xí)思考：1、 設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri10K，將設(shè)計(jì)過(guò)程記錄在預(yù)習(xí)報(bào)告上；2、 設(shè)計(jì)一個(gè)電路滿足運(yùn)算關(guān)系VO= -2Vi1 + 3Vi2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 23頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，具體內(nèi)容改為： (I) 圖5-1電路中電源電壓15V，R1=10k，RF=100 k，RL100 k，RP10k/100k。按圖連接電路，輸入直流信號(hào)Vi分別為2V、0.5V、0.5V、2V，用萬(wàn)用表測(cè)量對(duì)應(yīng)不同Vi時(shí)的Vo值，列表計(jì)算Avf并和理論值相比較。其中Vi通過(guò)電阻分壓電路產(chǎn)生。(II)Vi/VVO/VAvf測(cè)量值理論值-21

6、5.09-7.545-10-0.5 5.206-10.412-100.5-5.147-10.294-102-13.56-6.780-10實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)Vi較小，并未超出運(yùn)放的線性工作區(qū)，所以放大倍數(shù)與理論值相差很小，誤差分別為5%以內(nèi)。但當(dāng)輸入達(dá)到2v達(dá)到或超過(guò)了運(yùn)放的線性工作區(qū)的拐點(diǎn)，出現(xiàn)放大倍數(shù)的失真，誤差比較大達(dá)到了40%，所以適當(dāng)選擇參數(shù)電阻值和輸入電壓才能保證運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)。(III) Vi輸入0.2V、 1kHz的正弦交流信號(hào)，在雙蹤示波器上觀察并記錄輸入輸出波形，在輸出不失真的情況下測(cè)量交流電壓增益，并和理論值相比較。注意此時(shí)不需要接電阻分壓電路。a） 雙蹤顯示輸入輸出

7、波形圖b） 交流反相放大電路實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)交流反相放大電路實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)輸入信號(hào)有效值（V）輸出信號(hào)有效值（V）信號(hào)頻率電壓增益測(cè)量值理論值0.2-2.081khz-10.4-10實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：此輸出不失真，對(duì)于交流信號(hào)，運(yùn)放同樣具有放大作用，但要注意使在運(yùn)放的線性工作區(qū)內(nèi).(IV) 輸入信號(hào)頻率為1kHz的正弦交流信號(hào)，增加輸入信號(hào)的幅度，測(cè)量最大不失真輸出電壓值。正電源電壓（V）負(fù)電源電壓（V）正最大不失真輸出電壓（V）負(fù)最大不失真輸出電壓（V）15-1514.9-13.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)電源電壓為15v時(shí)，正負(fù)不失真電壓應(yīng)該比電源電壓小1至2伏特，表中數(shù)據(jù)符合實(shí)際情況。 (V) 用示波器X-

8、Y方式，測(cè)量電路的傳輸特性曲線，計(jì)算傳輸特性的斜率和轉(zhuǎn)折點(diǎn)值。a) 傳輸特性曲線圖（請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出斜率和轉(zhuǎn)折點(diǎn)值）上轉(zhuǎn)折點(diǎn)（-1.5,15）下轉(zhuǎn)折點(diǎn)（1.3，-13）斜率k=-10b) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：上圖中拐點(diǎn)電壓，即為區(qū)分放大器工作在線性區(qū)與非線性區(qū)的電壓。在線性工作區(qū)，放大器的放大倍數(shù)與理論值相差很小，在非線性區(qū)則不然。(VI) 電源電壓改為12V，重復(fù)(III)、(IV)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果進(jìn)行分析比較。a） 自擬表格記錄數(shù)據(jù)輸入信號(hào)頻率為1kHz的正弦交流信號(hào)，增加輸入信號(hào)的幅度，測(cè)量最大不失真輸出電壓值。正電源電壓（V）負(fù)電源電壓（V）正最大不失真輸出電壓（V）負(fù)最大不失真輸出電壓（V）

9、12-1211.9-10傳輸特性曲線圖：上轉(zhuǎn)折點(diǎn)（-1.19,10.5）下轉(zhuǎn)折點(diǎn)（1.05,-13.5）斜率k=-10.7b) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)把電源電壓改為12v時(shí)，由圖可以知道，圖形的斜率并沒(méi)有發(fā)生改變，只是拐點(diǎn)變小了，這是由于線性區(qū)變窄了。2、設(shè)計(jì)電路滿足運(yùn)算關(guān)系 Uo=-2Ui1+3Ui2（預(yù)習(xí)時(shí)設(shè)計(jì)好電路圖，并用Multisim 軟件仿真),Ui1 接入方波信號(hào)，方波信號(hào)從示波器的校準(zhǔn)信號(hào)獲?。M示波器Ui1 為1KHz、1V（峰峰值）的方波信號(hào)，數(shù)字示波器Ui1 為1KHz、5V（峰峰值）的方波信號(hào)），Ui2 接入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信號(hào)，用示波器觀察輸出電壓Uo 的波形，畫出波形圖并與理論值比較。實(shí)驗(yàn)中如波形不穩(wěn)定，可微調(diào)Ui2 的頻率。a）電路設(shè)計(jì)b) 雙蹤顯示輸入輸出波形圖d) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)帶有負(fù)反饋時(shí)，運(yùn)放工作在線性區(qū)，此時(shí)參數(shù)很接近理想值。由于理想運(yùn)放開環(huán)差模電壓增益無(wú)窮大，當(dāng)輸入電壓為有限值時(shí)，差模輸入電壓為0.五：實(shí)驗(yàn)思考題1、理想