信號放大電路實驗一

1、 評分： 測控電路實驗實驗報告實驗名稱： 測控電路實驗報告實驗班級： 測控10-2姓 名： 許耀凱學(xué) 號： 10034010236 指導(dǎo)教師： 黃瑞龍實驗一信號放大電路實驗一、實驗?zāi)康?研究由集成運算放大器組成的基本放大電路的功能。2了解運算放大器在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些問題。二、實驗原理集成運算放大器是一種具有電壓放大倍數(shù)高的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可以組成反相比例放大器，同相比例放大器，電壓跟隨器，同相交流放大器，自舉組合電路，雙運放高共模抑制比放大電路，三運放高共模抑制比放大電路等。

2、理想運算放大器的特性：在大多數(shù)情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術(shù)指標(biāo)理想化，滿足下列條件（如表2-1所示）的運算放大器稱為理想運放。表2-1開環(huán)電壓增益輸入阻抗輸出阻抗帶寬Aud=ri=ro=0fBW=失調(diào)與漂移均為零等。理想運放在線性應(yīng)用時的兩個重要特性：（1）輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：U0=Aud(U+-U-)，而U0為有限值，因此，(U+-U-)=0，即U+=U-，稱為“虛短”。（2）由于ri=，故流進(jìn)運放兩個輸入端的電流可視為零，即稱為“虛斷”。這說明運放對其前級吸取電流極小。以上兩個特性是分析理想運放應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。1基本放大電路：

3、1）反向比例放大器電路如圖2-1所示。對理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，為了減少輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2=R 1RF 圖2-1 反向比例放大器 圖2-2 同相比例放大器2）同相比例放大器電路如圖2-2所示。對理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，其中R2= R1RF。當(dāng)R1時，U0= Ui，即得到如圖2-3所示的電壓跟隨器。3）電壓跟隨器電路如圖2-3所示。對理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：U0= Ui，圖中R1= RF，用以減少漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10K，RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響到跟隨性

4、。 圖2-3電壓跟隨器2高輸入阻抗放大電路：1) 同相交流放大電路電路如圖2-4所示。電容C2將運算放大器兩輸入端之間的交流電壓作用于電阻R1的兩端。對理想運放，兩輸入端是虛短的（近似等電位），即R1的兩端等電位，沒有信號電流通過R1，因此，對交流而言，R1可以看作無窮大。圖2-4 同相交流放大電路 圖2-5自舉組合電路該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，為了減少失調(diào)電壓，應(yīng)滿足R3= R1+ R2輸入阻抗：其中：K為運算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)； Zi為運算放大器的開環(huán)輸入阻抗。2）自舉組合電路電路如圖2-5所示。這種利用反饋電路來減少向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路稱為自舉電路

5、。對理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：；輸入電阻：當(dāng)R1= R2，R5= 2R2，R4= R6時，則，即I1將全部由I2提供，輸入回路無電流，輸入阻抗為無窮大。3高共模抑制比放大電路1）雙運放高共模抑制比放大電路電路如圖2-6所示。對理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：，其中R3=R1R2，R7=R4R5R6。當(dāng)，Ui1=Ui2時，輸出電壓為零，共模信號得到了抑制。圖2-6 雙運放高共模抑制比放大電路2）三運放高共模抑制比放大電路電路如圖2-7所示。三運放高共模抑制比放大電路又稱測量放大器、儀表放大器等。它的輸入阻抗高，易于與各種信號源相匹配。它的輸入失調(diào)電壓和輸

6、入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且漂移小，穩(wěn)定性好。其共模抑制比大，能適于在大的共模電壓的背景下對微小差值信號進(jìn)行放大。圖中改變電位器RF1的阻值，則可以改變對差模信號的放大倍數(shù)；R5，RF2，R6用于調(diào)零，當(dāng) R1=R2, R3=R4，R7=R8時則 其中，G是整個放大器對差模信號的增益：是整個放大器對共模信號的增益：KCMRR是運算放大器N3的共模抑制比整個放大器的共模抑制比：圖2-7 三運放高共模抑制比放大電路三、實驗設(shè)備1 THZK-1型測控電路綜合實驗平臺2測控電路（一）實驗掛箱（ZK-6）說明：本實驗中實驗平臺上所用到的資源：智能直流電壓表、真有效值交流毫伏表、低頻函數(shù)信號發(fā)生器或T

7、H-SG01P；掛箱上所用到的資源：U1、U2、U3、U11、U13、U15、U16四、實驗內(nèi)容及步驟1、接通ZK-6掛箱上的電源，即把掛箱上的七芯航空插頭插在平臺上的七芯航空插座上，并用智能直流電壓表觀測平臺上的直流電壓輸出是否正常，掛箱的指示燈是否正常，如果不正常，則需要檢測，一般是航空插頭沒有插好。只有電壓正常以后，方可進(jìn)行下一步實驗。1反向比例放大器（1）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到U1單元，輸入端Ui接地，用智能直流電壓表測量輸出端UO，調(diào)節(jié)本單元的203電位器，使輸出為零。（2）調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，使之輸出f=1KHz的正弦信號，接入本單元的輸入端，實驗時要注意輸入的信號幅度

8、以確保集成運放工作在線性區(qū)，用智能毫伏電壓表測量輸入端Ui和輸出端 UO、用示波器觀測Ui及輸出電壓UO的相位關(guān)系。2同相比例放大器（1）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到相應(yīng)的實驗單元，信號輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零。（2）實驗步驟同內(nèi)容1。3電壓跟隨器（1）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到相應(yīng)的實驗單元，信號輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零。（2）實驗步驟同內(nèi)容1。4同相交流放大電路（1）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到相應(yīng)的實驗單元。（2）實驗步驟同內(nèi)容1。5自舉組合電路1）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到相應(yīng)的實驗單元，信號輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零。2）實驗步驟同內(nèi)容1。6雙運放高共模抑制比放大電路1

9、）在“測控電路（一）”實驗掛箱上找到相應(yīng)的實驗單元，信號輸入端接地，進(jìn)行調(diào)零。2）在Ui1及Ui2的兩端輸入正弦波信號，測量相應(yīng)的U0，并用示波器觀測U0與Ui的幅值及相位關(guān)系。7三運放高共模抑制比放大電路1）在Ui1及Ui2的兩端輸入 正弦波信號（即Ui1 端接信號發(fā)生器的輸入端，Ui2端接信號發(fā)生器的地 ），并用示波器觀測U0與Ui的幅值及相位關(guān)系，同時調(diào)節(jié)本單元的電位器W1，觀測輸出信號幅度的變化。將結(jié)果記入下表中。五、實驗注意事項實驗掛箱中的直流電源正負(fù)極切忌接反。六、思考題1自舉組合電路一般應(yīng)用于那種場合？2對測量放大電路的基本要求是什么？3按照圖2-7給定的電路參數(shù)，假設(shè)已調(diào)零，試計算當(dāng)RD1=5K時，放大器的差模增益？七、實驗報告要求1整理以上實驗數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。答：自舉電路一般應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的輸出阻抗可達(dá)10以上）的測量放大電路中。2將理論值計算結(jié)果和實測數(shù)據(jù)相比較分析產(chǎn)生誤差的原因。答：1)輸入阻抗與傳感器輸出阻抗的匹配；2）放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；3）低噪聲；4）低的輸入失調(diào)電流以及低的源移；5）足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率