运放实验[1].ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2007年4月,*,*,电工电子实验技术（下册）,运算放大器的讲课课件,2007年4月,主要授课内容：,一、理想运算放大器概念,二、理想运算放大器特性,三、反相比例放大器,四、同相比例放大器,五、反相加法器,六、同相相加器,七、实验三十六 运算放大器线性应用,2007年4月,集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，,A,ud,可以达到上千。,如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用十分广泛。,为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想运算放大器。,运算放大器,2007年4月,一、理想运算放大器概念,1.,开环差模电压增益,A,ud,；,2.,差模输入电阻,R,id,3.,差模输出电阻,R,od,0,4.,K,CMR,5.,输入失调电流,I,IO,、,失调电压,U,IO,和它们的温漂均为零；,6.,输入偏置电流,I,IB,=0,7.3dB,带宽,BW=,2007年4月,运算放大器的两种基本反馈组态,1,、运算放大器的开环传输特性,(a),运算符号；,(b),开环传输特性,2007年4月,(1)“+”,表示同相输入端，表明从该端输入的信号输出为同相放大。,(2)“,”,表示反相输入端，表明从该端输入的信号输出为反相放大。,(3),集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开环放大倍数非常大。,说 明,2007年4月,二、理想运算放大器特性,1.“,虚短”特性,当运放工作在,线性状态,时，由于,所以：,2.“,虚断”特性,当集成运放工作在,线性状态,时，,所以：,2007年4月,三、反相比例放大器,判断反馈类型：并联电压负反馈,虚地,2007年4月,1,A,uf,根据深负反馈的条件（或理想运放的虚断概念）可知：,因此：,2007年4月,2,、闭环传输特性,2007年4月,2,闭环输入电阻,R,if,根据虚地的概念得到：,2007年4月,3,闭环输出电阻,R,of,理想运放,R,o,0,，,所以,R,of,=0,2007年4月,判断反馈类型：串联电压负反馈,四、同相比例放大器,2007年4月,1,A,uf,根据深负反馈的条件（或理想运放的虚短概念）可知：,2007年4月,2,、闭环传输特性,增加负反馈使线性范围增大,2007年4月,若,R,1,开路（或,R,1,）、,R,2,=0,，则,A,uf,=1,，,称为电压跟随器。在实验室里，经常用电压跟随器来检测运放的好坏。,因为串联电压负反馈使输入电阻增大，输出电阻减小，所以闭环,R,if,=,，,R,of,=0,。,2007年4月,五、反相加法器,2007年4月,又因为,i,f,=,i,1,+,i,2,+,i,3,，,则,2007年4月,六、同相相加器,2007年4月,实验三十六,运算放大器线性应用电路,J1.,设计一个反相比例放大器,（一）设计技术指标,1,）,A,u,=20,2)R,i,=1K,3)U,opp,1V,（二）设计条件,1,）,Ec,=,9V,2)R,L,=5.1K,2007年4月,（三）设计,已知：,2007年4月,（四）测量,1),u,i,=0.1V(,直流,),2007年4月,2),u,i,=0.1V(,交流有效值,),2007年4月,J2.,设计一个反相加法电路,一、设计技术指标,1,）运算关系,U,O,=-,（,5U,i1,+2U,i2,),2)R,i1,5K,R,i2,5K,。,二、设计条件,1,）,Ec,=,9V,2)R,L,=5.1K,2007年4月,三、设计,U,O,=,-,（,5U,i1,+2U,i2,),已知：,2007年4月,四、测量,2007年4月,2007年4月,实验三十七,运算放大器非线性应用电路,J1.,设计一个方波发生器,一、技术指标,1,、电路结构要求,图,7-16,方波发生器,2,、电路指标,(1),输出信号频率,f=750HZ,(2),输出信号电压幅度为,:Uo3V,2007年4月,3,、设计条件,(1),电源电压为,:,9V,(2),负载阻抗,R,L,=10K,4,、分析,(1)R,、,C,作为积分电路,即,:,定时电路,.,(2),从电路结构看,它由一个迟滞比较器和,RC,充放电电路组成,.,其中迟滞比较器作为状态记忆电路,RC,作为定时电路,.,(3),电路的正反馈系数,F,为,:,2007年4月,(4),电容器端电压随时间变化规律为,2007年4月,Uo,=+,Vz,强调,:,在低频范围,(,如,10HZ,10KHZ),内,对于固定频率来说此电路是一较好的振荡电路,.,当振荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以选择转换速率较高的运放为宜,.,(5),电路的工作原理,充电,+,放电,+,2007年4月,二、设计过程,1,、求,R,1,和,R,2,的值,可使,F=0.47,则,T=2RC,又由于,所以,如果取,R,2,=10K,则,R,1,=11K,2007年4月,2,、求,R,f=750HZ,取,C=0.01,uf ,则,取,R=68K,2007年4月,3,、求,R,3,R,3,为稳压管的限流电阻,.,Dz,=3V,其额定功率为,0.5W,使用它时,一般取它的,1/10,即,:0.5W/10=0.05W,。,这样可算出其额定最大,I,Dzmax,=0.05/3V17mA,由手册上给出一般稳压管的,I,Dzmax,=10mA,。因此，,5V/10mA=500,=,R,imin,。,如取,I,Dz,=5mA,则,R=5V/5mA=1K,。,如取,I,Dz,=5mA,，,则,R=5V/8mA=0.625K,取,R=620,。,2007年4月,注,:,讨论,:,I,Dz,大,则充电电流大,则产生的,C(,结电容小,),输出矩形波的上升沿陡直,.,I,Dz,小,则充电电流小,则产生的,C(,结电容大,),输出矩形波的上升沿较缓,.,I,Dz,的取值在,3mA,10mA,范围,都可使稳压管正常工作,.,但由,和的分析可知,I,Dz,取得大一些,即,:R,3,小一些为好。,2007年4月,2007年4月,三、实际测量,2007年4月,T1.,设计一个文氏桥正弦波振荡器,技术指标要求：,1,、电路结构要求,2,、电路指标,(1)f=1KHZ,(2)U,O,=1V,3,、设计条件,（,1,）电源电压为：,9V,（,2,）负载电阻,R,L,=10K,2007年4月,4,、原理分析,首先讨论正反馈网络：,2007年4月,RC,串并联网络,令：,2007年4月,幅频特性和相频特性表达式为,其中,2007年4月,2007年4月,根据相位平衡条件，当,=,O,时，,为正反馈。因此振荡频率为：,当,=,O,时，,F=1/3,。,根据相位起振条件求振荡频率,OSC,2007年4月,由振幅起振条件求开环增益,A,将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器,得到：,A3,因此：,2007年4月,通常,R,1,或者,R,f,为热敏电阻。,起到外稳幅的作用：,R,1,是正温度系数,R,f,是负温度系数。,R,f,和,R,1,引入的电压串联负反馈有助于改善波形减小失真。,稳幅过程：,U,O,负反馈电流,T,R,1,、,R,f,负反馈,U,O,文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，,故得到了广泛的应用。,2007年4月,电路中,D,1,和,D,2,的作用是什么？为使电路起振,R,3,、,R,W,和,R,4,应满足什么条件？,正反馈支路,负反馈支路,稳定输出幅度,电阻不能太大,调节,A,uf,使电路容易起振,2007年4月,C,1,、,C,2,、,R,1,、,R,2,构成文氏桥电路，则有,C,1,=C,2,，,R,1,=R,2,要求输出信号频率,f=1KHZ,电路中,取,C,1,=C,2,=10,4,Pf,则,R=R,1,=R,2,，取,15K,（,103,的电容,0.01,f),要满足电路的起振条件，则要求：,Au,Fu1,2007年4月,则,R,4,10,r,Dr,其中,r,Dr,为,D,1,、,D,2,内阻，,（,R,4,r,Dr,r,Dr,r,Dr,）,约为：几十,几百欧，则取,R,4,=2.2K,。,R,3,1/2,（,R,W,+R,4,）,取,R,3,=10K,，,R,W,=22K,电位器。,2007年4月,2007年4月,2007年4月,