实验1 运放参数测试函数发生器q

内容安排2-3周运放参数测试&波形发生器

4-7周音响放大器设计8-10周

中规模集成电路应用11-12周FPGA器件和EDA技术（13周不上课）14-17周多功能数字钟设计18周考试实验一运放性能参数测试

及

函数发生器的设计掌握运算放大器的主要直流参数与交流参数的测试方法；正确运用调零技术、相位补偿技术及保护电路；学习要求：第一部分运放参数测试一、集成运算放大器的内部结构差动输入级

中间放大级输出级偏置电路741的内部结构：T1,T3与T2,T4组成差动输入级电路T5,T6,T7组成差动放大器的恒流源电路T8，T9组成差动放大器的有源负载电路T14与T15组成中间电压放大级，其中T14接成射极跟随器，T15是电压放大器T12与T13构成恒流源电路作为T15的集电极负载T16与T17组成互补对称推挽输出电路T18组成推挽电路的静态偏置电路并消除交越失真T19与T20起过流保护作用二、运放的主要性能参数的测试方法运放的直流参数：

运放的交流参数：输入失调电压VIO输入失调电流IIO差模开环直流电压增益AVD共模抑制比KCMR增益带宽积AV•BW转换速率（摆动率）SR

共模抑制比

运放的差模电压放大倍数AVD与共模电压放大倍数AVC之比称为共模抑制比，单位dB。

其中Vi＝2V（有效值）、频率为100Hz的正弦波。KCMR愈大，表示放大器对共模信号（温度漂移、零点漂移等）的抑制能力愈强。测试方法：KCMR＝20lgAVDAVCdBAVD＝RF/R1AVC＝Vo/Vi增益带宽积AV

BWAV

BW＝常数测试方法：表2.2.1增益带宽积测量值

RF

R1

AV

BW

AV

BW

110K

10K

2100K

10K

31M

10K

其中Vipp＝280mV的正弦波。转换速率（摆动率）SR

运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到的最大变化率，其单位为V/us。测试方法：

测试电路中，Vi为10KHz的方波，其峰-峰值为5V。SR＝△V/△t三、实验任务：P63

实验与思考题

测试运放NE5532的性能参数AVO·BW、SR及KCMR，并与表4.3.1所示的典型值相比较。四、集成运算放大器的基本应用1、反相放大器

其闭环电压增益：AV=－RFR1输入电阻Ri=R1

输出电阻Ro

0平衡电阻Rp=R1//RF

其中，反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于信号源vi的内阻。若RF=R1，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。

2、同相放大器其闭环电压增益：AVF=1+RFR1输入电阻Ri=ric(ric为运放本身同相端对地的共模输入电阻，一般为108

。)

输出电阻Ro

0平衡电阻Rp=R1//RF

若RF

0，R1=

（开路），则为电压跟随器。3、加（减）法器

若取R1=R2=RF，并使其中一个输入信号v1经过一级反相放大器，则加法器可以变为减法器，其输出电压为Vo=–(V2–V1)。

RFR1VO=－

V1＋RFR2V2)

上图所示电路为卡拉OK伴唱机的混合前置放大器电路。其中，A1为射极跟随器，实现阻抗变换与隔离，A2为基本的加法器，输出电压：RFR1VO＝－

V1＋RFR2V2)＝－RFR1

V1＋V2)＝－10（V1

＋V2）4、微分器

为限制电路的高频电压增益，在输入端与电容C之间接入一小电阻Rs,当输入频率低于

dvidtVO=－RFC式中，RFC为微分时间常数。fo=12πRsC时,电路起微分作用；若输入频率远高于上式,则电路近似一个反相器，高频电压增益为

AVF=RFRs实际的微分器电路如下图(a)所示。若输入电压为一对称三角波，则输出电压为一对称方波，其波形关系如图(b)所示。（a）（b）5、积分器

为限制电路的低频电压增益，可将反馈电容C与一电阻RF并联。当输入频率大于

式中，R1C为积分时间常数。fo=－12πRFC时,电路起积分作用；若输入频率远低于上式,则电路近似一个反相器，低频电压增益为

AVF=－RFR1t1R1CVO=－∫0Vidt实际的积分器电路如下图(a)所示。若输入电压为一对称方波，则输出电压为一对称三角波，其波形关系如图(b)所示。（a）（b）6、方波发生器

图中R1与RF组成正反馈支路，运放同相端电压

电阻R、电容C组成运放的负反馈支路。

V＋＝R1R1+RFVofo＝1T＝12RC·ln1+2R1RF（）7、自举式交流电压放大器

若只放大交流信号，则可采用如右图所示的运放同相交流电压放大器（或反相交流电压放大器）。AVF=1+RFR2交流放大器的输入电阻Ri=R1

（R1一般取几十千欧。）C1=C3=(3～10）12RLfL反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。

为提高交流放大器的输入阻抗，可以采用如图所示的自举式同相交流电压放大器。VA=R2R2＋RFVO

因为放大器的电压放大倍数AvF=1+(RF/R2)，故VO=（1+RFR2）ViR2＋RFR2VB＝R1称为自举电阻。流经R1的电流可视为零，从而大大提高了交流放大器的输入电阻。输入电阻

Ri=(R1//ric)(1+AVFF) 式中，F为反馈系数，F=R2/(R2+RF)。对于图所示电路参数，输入电阻

Ri=(R1//ric)(1+AVFF)

200k

8、单电源供电的交流电压放大器

右图为单电源供电的反相交流电压放大器。图中，电阻R2、R3称为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。V+=VCC，即12V＋=R3R2＋R3VCC＝12VCC所以取R2=R3

静态时V6=V+=12VCC

电容C1、C2为放大器的交流耦合隔直电容，因此，反向交流放大器的电压放大倍数AVF=RF/R1

右图为单电源供电的自举式同相交流电压放大器。该电路也能大大提高单电源供电的交流放大器的输入电阻。

运放交流电压放大器只放大交流信号，输出信号受运放本身的失调影响较小。因此，不需要调零。第二部分函数发生器设计_P96函数发生器能自动产生方波—三角波—正弦波。其电路组成框图如图5.4.1所示.图5.4.1函数发生器组成框图一、方波—三角波—正弦波函数发生器设计•

方波—三角波产生电路

电路图如图5.3.2所示：

运放A1与R1、R2

、R3、RP1组成电压比较器，C1

加速比较器翻转。当输入端V+=V-=0时，比较器翻转，V01从+Vcc跳到-Vee，或从-Vee跳到＋Vcc。比较器积分器R2+R3+RP1(+Vcc)R2V+=+R3+RP1

R2+R3+RP1Via=0整理上式,得比较器的下门限电位为-R2R3+RP1(+Vcc)=R3+RP1-R2(Vcc)若Vo1=-Vee,则比较器的上门限电位为Via+=-R2R3+RP1(-Vee)=R2R3+RP1(Vcc)设V01=+Vcc,则Via－

=

比较器的门限宽度VH为

VH=Via+Via－

=2R2R3+RP1Vcc由上面公式可得比较器的电压传输特性，如图5.3.3所示。图5.3.3比较器电压传输特性从电压传输特性可见，当输入电压Via从上门限电位Via+下降到下门限电位Via－时，输出电压Vo1由高电平+Vcc突变到低电平-Vee。•

比较器的传输特性a点断开后，运算放大器A2与R4、RP2、R5

、C2

组成反相积分器，其输入信号为方波Vo1时，则积分器的输出当Vo1=+Vcc时，C2

充电，可求得充电时间当Vo1=

Vee时，C2

放电，可求得放电时间

a点闭合，形成闭环电路，则自动产生方波—三角波，其波形如图5.3.4所示。

图5.3.4方波—三角波•

方波—三角波的工作过程：

当比较器的门限电压为Via+

时输出Vo1为高电平（+Vcc)。这时积分器开始反向积分，三角波Vo2

线性下降。

当Vo2下降到比较器的下门限电位Via－时，比较器翻转，输出Vo1由高电平跳到低电平。这时积分器又开始正向积分，Vo2线性增加。如此反复，就可自动产生方波-三角波。三角波的峰峰值就是比较器的门限电压方波的幅度略小于+Vcc和-Vee。•

方波—三角波的幅度和频率方波-三角波的波频率为：

ƒ=R3+RP14R2(R4+RP2)C2

由此可见：1、方波的幅度由+Vcc和–Vee决定；2、调节电位器RP1，可调节三角波的幅度，但会影响其频率；3、调节电位器RP2，可调节方波—三角波的频率，但不会影响其幅度，可用RP2实现频率微调，而用C2改变频率范围。二、设计任务:P103

设计课题：方波—三角波函数发生器设计

已知条件

双运放NE5532一只（或mA741两只）

性能指标要求