东南大学模电实验报告-实验一-运算放大器的基本应用

1、东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称:模拟电子电路实验第一次实验实验名称：运算放大器的基本应用院（系）:自动化学院专业：自动化姓名：某某学号：08015实验室：101实验组别：同组人员：无实验时间：2017年3月29日评定成绩：审阅教师：实验一运算放大器的基本应用一、实验目的：熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法；熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法；了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入

2、电压、最大输 出电流、最大电源电压等）的基本概念；熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性传输曲线测量方法1、2、3、4、温度（增二、预习思考：自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数,解释1、查阅741运放的数据手册, 参数含义。参数名称参数值参数意义及设计时应该如何考虑直流参数输入失调电压UoTYP 1mV;MAX6mV在输入电压为0时，存在一疋的输出电 压。输入偏置电流1 IBTYP80nA;MAX500nA第一级放大器输入晶体管的基极直流 电流。这个电流保证放大器工作在线性 范围，为放大器提供直流工作点输入失调电流1 IOTYP 20 nA;MAX200nA输入端的不对称特性意味着两

3、个偏置 电流几乎总是不相等的失调电压温漂a Uo20 卩 V/ °C温度变化带来的失调电压变化的比例共模抑制比氏MRMIN70dB;TYP 90dB输入端口短路线中点对地加电压和输入端口两点之间的电压的比开环差模电压增益AvdMIN20V/mV;TYP200V/mV输出端无反馈情况下，输出信号与输入差模信号的比值输出电压摆幅UOmMIN± 12 V;TYP± 14V正负输出电压的摆动幅度极限差模输入电阻RdQ；TYP 2Q输入差模信号同相端与反相端之间的 近似电阻值输出电阻Ro75 Q即运放输出电阻交流增益带宽积有源器件或电路的增益与规定带宽的乘积转换速率Srjl

4、S该参数指输出电压的变化量与发生这个变化所需的时间之比最大差模输入电压UOR± 30V反向和同相输入端能承受的最大电压值。超过这个电压值运放的功能会受到 影响。最大共模输入电压UCRTYP± 13VNIN± 12V同相端与反相输入端承受的最大共模信号电压值。超过这个值运放的共模抑 制比会显著下降，放大功能会受到影 响。最大输出电流1 OSTYP± 30mA;MAXt 40 mA运放所能输出的电流峰值。最大电源电压Usr± 22V运放最大电源电压。参数极限参数2、设计一个反相比例放大器，要求：|Av|=10 , Ri>10KQ, R-=10

5、0 K Q,并用Multisim 仿真；(1) 仿真原理图(2)参数选择计算因为要求|Av|=10，即|Vo/Vi|=|-R f/Ri|=10,故取 Q=1OR1,输入电阻尽量大些，取:R=15kQ, FF=150 k Q , R l=100 k Q(3)仿真结果当输入电压为时，输出电压为，放大倍数为，与理论值10接近。3、 设计一个同相比例放大器，要求：|Av|=11 , Ri>10KQ, R-=100 K Q,并用 Multisim 仿真。(2) 参数选择计算因为要求|Av|=11，即|Vo/Vi|=1 + |-R f/Ri|=11,故取 R=10R,输入电阻尽量大些，取:R=15k

6、Q, R=150 k Q , R l=100 k Q;(3 )仿真结果11接近。当输入电压为时，输出电压为，放大倍数为，与理论值三、实验内容：1、内容一：反相输入比例运算电路各项参数测量数据(1)下图图中电源电压± 15V, R=10kQ, Rf=100 k Q, RL= 100 k Q, RP= 10kLi1I囲11 皮拍输人比例込箝电術SIGLMTM30Q声 0舒 lOOpsf = 1 I N 11 H,yi| »»2pv晓计开；'：fV-Pif-35?0WMSt152 F7Uc 20fCrvTopsite OnVGaxc二0 Q*VUrm ZOQnV

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12、rjve伍=-9 XJyDf» = -2COJCr4 mpwi =-3flLJClrTL与色"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 册二帝 _ =' 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：冲< /> ；=-J也X_、/沁./V：'YI - 1:1JiaPk-H-Hi-iW/产qn上0tbs定肪-全部训虽 讦启 .PR. *HB.实验结果分析:RL=100k Q，由于VCc=12V,运算放大器的输出电压摆幅相应降低，故最大不失 真输出电压峰值也降低为，与理论结果符合；SIELfT 副"匚艮 210训 JOO*：' IIIJiRH丄S * 2诙鼠阳Cur- Tkjt归（b）电路的传输特性曲线 A.传输特性曲线图：右¥护珂刖'<?iv jAx 月甩 Jlndr =

14、 -44- 57'-Brfjs = 19 9*ffi J-站】信澡CH?B.实验结果分析：由上图，可知两转折点分别为（ 与理论值10接近。,）和（，）,x =,ix - 2 C-V> ? - - rutfJ-VM.T iV- -tl z DV Vi= -ttav Yl - J 心Y=放大倍数为5 : LTrik-HUU UU 11:7Y / x=测量最大不失真输出电（提示：考虑运算放大器的最大输出压，并和（6）重加负载（减小负载电阻R）,使Rl= 220 Q,FL= 100 kQ数据进行比较，分析数据不同的原因。 电流）（a）实验过程以及波形记录：不断增大输入电压值,直到输出信号

15、出现失真,此时，输入电压峰峰值为，输入输出波形如下:Jus- Q j l I UKFl-Pf *?护*3POifFV昨MVgrflHHlavE-bs?=-4 e-ivhr. 订MR!API 1<vCnrvi =-3D LiJmVhrAZ7.曲咯* M W皿己匚 /hl' "i,M re%iZildfFRE3El扯nW打 phi I (IK-?转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*丰 r-L

16、 C OC-iV1 QQj2C0 F畑Q on ivm? on VfdkU LiU in?JIS开心丄£ r lU Vji30mA1 y I负载RL=100KQR.=220Q电源电压(V)1515最大不失真输出电压峰值(V)(b )实验结果分析:当RL=100KQ时，最大不失真输出电压峰值为位于12V14V之间符合理论值。而当RL=220Q时，则最大不失真输出电压为，考虑运放的最大输出电流为±负载上的最大电压为，实验结果与理论值相符合。1、内容二:(1)设计一个同相输入比例运算电路，放大倍数为21,(由于从实验中心网站下错实验讲义，我下的16年的讲义要求放大倍数为21,后来

17、做完实验才得知17年的讲义要求放大倍数为11,姑且为21)且RF=100 kQ。输入信号保持 Ui =不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差,并做简单分析。(a)同相输入比例运算电路设计图中电源电压± 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 ?训2Fr刊町nrzMfhrM-if 叭AT - 1 仲比呼milap-14qVBtir 厂M-m -L Orr<7Cm-m = -r-

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23、何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响。1重复（1）:保持Vi =不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。（a）上限频率的测量逐渐增加输入信号的频率，当输入信号频率为415KHZ时，达到上限频率，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

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25、(c )实验结果分析:RF=10kQ ,理论放大倍数降为2，由于增益带宽积为一定值，故增益倍数下降会使上限频率增大，本实验测量值，相比RF=10Ko的上限频率，明显增大，符合理论分析；相位差也发生较大变化，运放对于输出电压的相位影响会越来越大。2重复(2):(a)实验数据获取:当输入的双极性方波信号的频率为130KHZ电压值为1VPP时，输出波形刚好是三角波，此时的输入输出波形如下SJCUeNT怎噩#210匹jncuLir - w.JCdzSil 护0 临;V,Vlir TkjllTFV云Mnt-nrOOnvMir.-叩 fifl-VAn¥> *1B<VL 3 驴Top-

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27、；一 一1J _JPk-RpOr?frirn FK"芸卑 *全邹釦昼*H*旦（b）实验数据处理频率输入信号Vipp输出信号VoppdUO/dt130KHZ1 V（c ）实验结果分析：由于输出信号近似为三角波，所以 dUO/dt的计算就近似用电压差值处以半周期的时间。理论值为，但测量值为，在理论的变化范围内，实验值合理。3 总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响：在一定的转换速率下，频率越高，对输出信号的影响越明显，在高频输入信号的情 况下输出信号会严重失真。在高频下应该选用增益带宽积更高的运放，以防止由于高频带来的信号失真。3.内容三：设计电路满足以下加法

28、运算关系（预习时设计好电路图，并用Uo=-2Ui1+3Ui2Ui1接入方波信号，方波信号从示波器的校准信号获取（模拟示波器Ui1峰值）的方波信号，数字示波器Ui1为1KHz 5V （峰峰值）的方波信号）（峰峰值）的正弦信号，用示波器观察输出电压实验中如波形不稳定，可微调Ui2的频率。Multisim软件仿真）：为 1KHz 1V （峰 ，Ui2 接入 5kHz, Uo的波形，画出波形图并与理论值比较。（1）加法运算电路设计（a）仿真原理图XSC2(b)参数选择计算本次实验值使用了一个运放，利用运放同向端与反相端实现减法。 对于反相端输入的信号，其单独作用时，电路结构为一反相输入比例运算电路，由U0=-RF/R1*Ui,根据题目给出的系数，可取 RF(即为图中的R4)值为200 k