實(shí)驗(yàn)七 運(yùn)算放大器及應(yīng)用電路

1、實(shí)驗(yàn)七 運(yùn)算放大器及應(yīng)用電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 認(rèn)識(shí)運(yùn)算放大器的基本特征，通過(guò)仿真和測(cè)試了解運(yùn)放基本參數(shù)，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際需求選擇運(yùn)放；2 了解由運(yùn)放構(gòu)成的基本電路，并掌握分析方法；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一 仿真實(shí)驗(yàn)1. 運(yùn)放基本參數(shù)1） 電壓傳輸特性實(shí)驗(yàn)所得掃描曲線如下所示：根據(jù)上圖仿真可以看出其直流電壓增益約為99.5987k。為尋找線性工作區(qū)，擴(kuò)大掃描范圍，可得曲線如下：根據(jù)圖線得出其線性工作區(qū)范圍為：-115.0160u159.7444u思考：a. 當(dāng)輸入差模電壓為0時(shí)，輸出電壓等于多少？若要求輸出電壓等于0，應(yīng)如何施加輸入信號(hào)？為什么？當(dāng)輸入差模電壓為0時(shí)，輸出電壓等于-3.35359V.若要輸出電壓為0，

2、輸入的信號(hào)應(yīng)當(dāng)為-3.35359V除以增益值。這樣可以大致抵消輸入電壓為0時(shí)產(chǎn)生的輸出信號(hào)。b. 觀察運(yùn)放輸出電壓的最高和最低電壓分析仿真結(jié)果的合理性。最高電壓約為13.3V，最低電壓約為-14.8V。最大正電壓的絕對(duì)值小于最小負(fù)電壓的絕對(duì)值。由電路圖可知，當(dāng)IN+為很小的正電壓時(shí)，輸出電壓可以為0，所以結(jié)果是合理的。2） 輸入失調(diào)電壓R1=1k,R2=10R1=10k,R2=100R1=100k,R2=1k表7-1：R1=1k,R2=10V(3)/uVV(4)/uVV(5)/uVV(5)- V(4)/uVV(3)/(-R1/R2) uV-3416.69-33.63122033.63122-3

3、4.1669表7-2：R1=10k,R2=100V(3)/uVV(4)/uVV(5)/uVV(5)- V(4)/uVV(3)/(-R1/R2) uV-3596.22-33.63251033.63251-35.9622表7-3：R1=100k,R2=1kV(3)/uVV(4)/uVV(5)/uVV(5)- V(4)/uVV(3)/(-R1/R2) uV-5388.47-33.61482033.61482-53.8847思考：什么原因?qū)е铝瞬煌答侂娮钘l件下計(jì)算得到的VIO存在較大差異？在實(shí)際測(cè)量中，若輸入失調(diào)電壓小，需要通過(guò)測(cè)量輸出電壓并計(jì)算得到VIO時(shí)，在電阻上的選取需要注意什么問(wèn)題？答：因?yàn)?/p>

4、運(yùn)放的輸出電阻并非無(wú)窮大，當(dāng)外接電阻阻值很大，分壓會(huì)變大，所以應(yīng)該盡量選取阻值較小的電阻，使得運(yùn)放工作在理想狀態(tài)。3） 增益帶寬積GBP根據(jù)下圖電路進(jìn)行頻率掃描仿真，得到放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。計(jì)算運(yùn)放的增益帶寬積，在相頻曲線中分別標(biāo)記出主極點(diǎn)和次主極點(diǎn)頻率。主極點(diǎn)標(biāo)記如下：所以GBP=9.8509k*99.8986=984.09k主極點(diǎn)與次極點(diǎn)標(biāo)記如下：主次極點(diǎn)頻率分別為：9.8509k ,1.7833M思考：若輸入信號(hào)頻率為100kHz，則采用LM358P能實(shí)現(xiàn)的最高增益是多少？其最高增益為GBP/f=9.48.4） 轉(zhuǎn)換速率（壓擺率）SRa. 電路圖如下所示，輸入為階躍信號(hào)。

5、通過(guò)瞬態(tài)分析得到輸出電壓，并采用標(biāo)尺標(biāo)記出輸出電壓變化的斜率，即轉(zhuǎn)換速率。瞬態(tài)分析所得的圖線如下所示：其轉(zhuǎn)換速率約為497.0373kb.將電路圖中的V3改為正弦信號(hào)，當(dāng)頻率為1kHz和10kHz，得到輸入輸出波形的比較圖。電路圖如下：輸入信號(hào)頻率為1kHz的輸入輸出波形圖：輸入信號(hào)頻率為10kHz的輸入輸出波形圖：觀察波形可以看出10V的波形有明顯的失真思考：若輸入為正弦信號(hào)，振幅為10V，直流電壓呀為0。根據(jù)結(jié)論:VonSR,則允許的最大輸入信號(hào)頻率為多少？SR/Von=49.70kHz2. 運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路1） 反相放大器下圖所示為運(yùn)放構(gòu)成的反相放大器，按照?qǐng)D中參數(shù)進(jìn)行瞬態(tài)仿真，采用T

6、ektronix示波器觀察各個(gè)節(jié)點(diǎn)波形。提交頻率為10Hz、100Hz、1kHz下的節(jié)點(diǎn)3、節(jié)點(diǎn)4、節(jié)點(diǎn)5的波形截圖，測(cè)量輸出電壓的峰峰值。10Hz輸出波形：100Hz輸出波形：1kHz輸出波形：頻率為10Hz和100Hz時(shí)的輸出電壓為9.99V，1kHz時(shí)輸出電壓為9.94V。運(yùn)放的單位增益帶寬積是一定的，當(dāng)輸入頻率增大時(shí)，增益會(huì)減小一些。所以相對(duì)來(lái)說(shuō)1kHz時(shí)的輸出電壓較小。思考：a. 在不同輸入信號(hào)頻率情況下，負(fù)載電壓（節(jié)點(diǎn)4）幅度一樣嗎？為什么？不一樣，因?yàn)檫\(yùn)放內(nèi)部有電容，容抗受頻率影響，故輸出電壓幅度不一樣。b. 輸入信號(hào)頻率為1kHz時(shí)，運(yùn)放負(fù)端電壓的相位和輸出信號(hào)相位相差大約多少

7、度？為什么？相位差小于 180°，此運(yùn)放并非理想運(yùn)放。2)電壓轉(zhuǎn)換電路a.在下圖參數(shù)條件下，掃描直流電壓V1，提交輸出電壓V4隨電壓源電壓V2的變化曲線，并根據(jù)仿真結(jié)果確定電壓源電壓V2的最低電壓。由仿真結(jié)果可以確定V2的最低電壓為4.8992V.b.掃描負(fù)載電阻R3，提交輸出電阻V4隨電源電壓V2的變化曲線。由仿真結(jié)果可以看出電源電壓越大，仿真出來(lái)的結(jié)果越接近于3V.可能是因?yàn)殡娫措妷狠^小時(shí)限制了運(yùn)放的工作區(qū)，使得輸出的電壓達(dá)不到運(yùn)放進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時(shí)所需的電壓。思考：上圖所示電路如何改造后就能實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出？在R3下面接一個(gè)比例式電流鏡。3）整流電路如圖所示為運(yùn)放組成的整流電路，請(qǐng)

8、寫出輸出電壓表達(dá)式，并畫出傳輸特性。振幅分別為100mV、10mV、1mV時(shí)，請(qǐng)通過(guò)瞬態(tài)仿真得到輸出電壓波形，與輸入信號(hào)同時(shí)顯示。V3=0，D1,D2截止，Vo=0V3>0, D1導(dǎo)通，D2截止，Vo=V3V3<0, D1截止，D2導(dǎo)通，Vo=-V3100Mv10mV1mV思考：在小信號(hào)輸入時(shí)，如振幅1mV，輸出波形會(huì)嚴(yán)重失真，主要是什么原因?qū)е逻@種失真？如何更改參數(shù)來(lái)減小這種失真？運(yùn)放的非理想性輸入信號(hào)較小時(shí)，失調(diào)電壓對(duì)電路的影響比較大。可以成比例成倍數(shù)地減小電阻，比如將電阻都減小10倍。二 硬件實(shí)驗(yàn)如圖所示為脈沖寬度調(diào)制電路。實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1. 若二極管1N3064的導(dǎo)通電壓為VD

9、(on)，請(qǐng)寫出U2A輸出的三角波電壓正峰值和負(fù)峰值電壓的表達(dá)式。V oh= VD(on)*R6/R1V ol= -VD(on)*R6/R12. 寫出U2A輸出的三角波信號(hào)的周期表達(dá)式。T=4*R2*R6*C1/R13. 在面包板上實(shí)驗(yàn)，提交節(jié)點(diǎn)8和節(jié)點(diǎn)10的示波器截圖，并測(cè)量頻率和峰峰值。經(jīng)計(jì)算得：R2=8k，R6=180k4. 按照?qǐng)D中所示，施加調(diào)制信號(hào)V3，提交節(jié)點(diǎn)13和節(jié)點(diǎn)11的波形。5. 將調(diào)制信號(hào)V3的交流幅度設(shè)置為0，通過(guò)連續(xù)改變調(diào)制信號(hào)的直流電壓，觀察并記錄LED1和LED2的亮度隨該直流電壓的變化情況，并給出合理解釋。輸入直流電壓為負(fù)值且小于大約-2000mV時(shí)只有LED1亮。當(dāng)電壓從-2000mV逐漸增大時(shí)，LED2慢慢變亮，LED1慢慢變暗。直到輸入直流電壓大約為2000mV時(shí)只有LED2亮。此時(shí)U3A為電壓比較器當(dāng)輸入直流電壓為負(fù)值且小于-2000mV時(shí)負(fù)向端輸入恒小于正向端輸入，因此輸出信號(hào)為正，只有LED1亮。同理，輸入直流電壓為正值且大于2000mV時(shí)，只有LED2亮。輸入直