模拟运算放大电路(二)LZW.doc

东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告

课程名称： 电 子 线 路 实 践

第 2 次实验

实验名称： 模拟运算放大电路（二）
院 （系）： 电工电子实验中心 专 业：
姓 名： 李哲文 学 号：
实 验 室: 103 实验组别：
同组人员： 实验时间： 2008年 3月25日
评定成绩： 审阅教师：
实验目的和要求：
1、 掌握运算放大器实现信号积分和电流电压转换功能电路的基本设计和调试方法；
2、 掌握精密半波整流和精密全波整流电路的电路组成、电路原理、参数设计和调试方法；
3、 了解运算放大器实际器件参数对积分电路、电流电压转化电路、精密整流电路性能的影响。
实验预习思考题：
1. 根据 29 页实验内容 1 的指标要求设计电路并确定元件参数。
答： 输出电压
，越大，输出三角波的线性越好，但稳定性差，取，，RP=10//33KΩ＝7.67 KΩ,C＝0.01uf,,。
此时，当时为积分器，时为反相比例放大器。

2. 在积分器实验中，若信号源提供不出平均值为零的方波，能否通过耦合电容隔直流？若能的话，电容量怎样取？
答：可以，电容应该取得尽量大一些，使1/2πRiC<<方波信号频率。

3. 对于29页实验内容2试根据数据手册中的相关参数计算
(I) 当R1=1 kΩ，RL分别为1 kΩ和10kΩ时最大允许输出电流值为多少
(II) 当R1=100Ω，RL分别为1 00Ω和1kΩ时最大允许输出电流值为多少
(III) 当R1=1 kΩ、RL为1 kΩ，输入电压Vi为0.5V、1V和3V时，计算负载电阻RL的取值范围。
答：根据电路计算可得

根据运放使用要求： 推导可得
（I）
（II） ，但是uA741最大输出电流仅为25mA，IL不可能超出25mA，因此最大为25mA。

（III）根据运放使用要求：
推导可得
计算可得： 时
时
时

4. 设运算放大器为双电源供电，最大输出电压为±VOM，试根据精密全波整流电路的原理，推导图 10-2
的传输特性曲线，写出推导过程并画出传输特性曲线。
答：工作原理
输入>0时，导通，截止，运算放大器U2构成差分放大器
当时，，计算可得：

当时，考虑运放的最大摆幅限制，计算可得：

即
输入<0时，截止，导通，运算放大器U2构成差分放大器
当时，，计算可得：

当时，考虑运放的最大摆幅限制，计算可得：

当时，考虑运放的最大摆幅限制，计算可得：

即
根据上述分析，绘出传输特性曲线如图：

实验内容：
1. 积分电路
试用μA741设计一个满足下列要求的基本积分电路：输入为Vipp=1V、f=10kHz的方波（占空比为50%）。设计R、C值，测量积分输出电压波形；改变f值观察Vo波形变化，并找出当f接近什么值的时候，电路近似一个反相比例运算电路。

积分电路图
设计基础：
输出电压
当f << fc时，电路近似为一反相比例运算电路，其电压增益为-Rf/R
当f >> fc时，电路起积分器作用。
为使由输入偏置电流引起的输出失调减至最小，应取Rp=R1//Rf。
元件参数计算：
① 当f >> fc时，电路起积分器作用，工程估算中取f>10 fc ，f=10kHz，则fc <1kHz
② ，RC取值时，R1值取大有利于提高输入电阻，但R1值加大必使C值减小，会加剧积分漂移。R1值取的太小，C值必须加大，会有漏电和体积方面的问题，因此在工程中一般取C≤1μF，在本设计中C取0.01μF
③ 将fc <1kHz，C=0.01μF 代入中计算可得R1 > 15.92kΩ，取R1＝20kΩ。
④ 设计中各元件参数：C=0.01μF，R1＝20kΩ，Rf=100kΩ，Rp=R1//Rf，
⑤ 根据元件参数计算可得fc ＝796Hz。
设计验证：
① 输入为Vipp=1V、f=10kHz的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：

输入信号
输出信号
峰峰值
频率
峰峰值
频率
1V
10kHz
152mV
10kHz

实验结果分析：
² 根据积分电路电压计算公式：
²
② 输入为Vipp=1V、f=1kHz的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：

输入信号
输出信号
峰峰值
频率
峰峰值
频率
1V
10kHz
1.26V
10kHz

实验结果分析：
² 由于输入信号频率接近fc，此输出波形和电容充放电特性相符合。
③ 输入为Vipp=1V、f=100Hz的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：

输入信号
输出信号
峰峰值
频率
峰峰值
频率
0.968V
10kHz
4.52V
10kHz
实验结果分析：
² 由于输入信号频率接近fc，此时电路近似反相比例放大器。但是输出波形与输入波形之间还是有比较大的差别。这是由于即使频率很低，电容两端的阻抗很大，但电容的充放电是不可避免的，因此会导致这种情况。

2. 电压电流转换电路
（1）用μA741组成一个同相型电压/电流转换电路，完成表中所列数据的测量

电压/电流转换电路
其中Vcc=±15V，表中要求测量IL的值，考虑接电流表的不便，改为测R1的电压，用R1上测得的电压值除以R1就是IL的值
Vi
RL
IL（测量值）mA
IL（计算值）mA
0.53
1KΩ
0.56
0.53
10 KΩ
0.55
20 KΩ
0.53
27 KΩ
0.40
33 KΩ
0.33
1.03
470Ω
1.05
1.03
1KΩ
1.05
3 KΩ
1.05
4.7 KΩ
1.05
10 KΩ
1.05
12 KΩ
0.85
3.00
470Ω
3.02
3.00
1 KΩ
3.02
3 KΩ
2.75
4 KΩ
2.20
实验结果分析：
根据预习思考题7中的第三个小问题可知， 时 时 时 ，表中实测数据与理论值相符。
3. 精密半波整流电路

实验电路如上图所示，＝＝10 kΩ，、 为模拟实验箱上的1N4148，取正负10V，输入正弦信号f＝100Hz，取＝5V、1V、10mV（用交流电压表测量有效值），用示波器双踪显示，观察输入输出波形及电压传输特性，绘制波形并表明参数，调节幅度上升，找出电压的最大值。
数据列表：
输入信号
输出信号
有效值V
最大值V
最小值V
频率HZ
最小值V
最大值V
5
7
-7.2
100
0
7.8
1
1.44
-1.44
100
0
1.52
10m
80m
-80m
100
0
80m

有效值5V 有效值1V

有效值10mV

传输特性曲线
从图中可以读出输出电压最大值＝9V。
4. 精密全波整流电路

实验电路如上图2所示，R==10 kΩ。输入正弦信号f＝100Hz，取＝5V、1V、10mV（用交流电压表测量有效值），用示波器双踪显示，观察输入输出波形及电压传输特性，调节幅度上升，找出电压的最大值。
输入信号
输出信号
有效值V
最大值V
最小值V
频率HZ
最小值V
最大值V
5
7.2
-7.2
100
-6.6
7.2
1
1.6
-1.6
100
0
1.6
10m
200m
-200m
100
0
200m

有效值5V 有效值1V

有效值10mV

传输特性曲线
由图可知，输出电压最大值＝9V，最小-=-9V，= 4V。

实验思考题：
1、 在图6-1所示基本积分电路中，为了减小积分误差，对运放的开环增益、输入电阻、输入偏置电流及输入失调电流有什么要求？
答：应选用开环增益大、输入电阻大、输入偏置电流小（这样信号源内阻变化小）及输入失调电流小的运放（反映输入级差差分对管的不对称程度）。
2、 根据什么来判断图6-1电路属于积分电路还是反相比例运算电路？
答：根据输入信号频率f与固有频率fc的比较。fc=1/2πRfC f≥10fc时为积分电路；f≤0.1fc时为反相比例运算电路。
3、 在图6-9所示电压/电流转换电路中，设Vom=6V，且Vi=1V，R1=1kΩ，试求满足线性转换所允许的RLmax小于等于多少？
答：设Vom≈Vcc=6V，且Vi=1V，R1=1KΩ，则IL（RL+R1）≤Vom，将数据代入公式得RLmax≤5 kΩ。
4、若将图10-1电路中的两个二极管均反接，试问：电路的工作波形及电压传输特性将会如何变化？
答：电路的输出波形将变化：将输入的正半周的波形反向同比例输出，副半周输出为零，电压传输特性曲线和原来的曲线相对原点中心对称。
5、精密整流电路中的运放工作在线性区还是非线性区？为什么？
答：工作在线性区。
6、图10-2所示电路为什么具有很高的输入阻抗？
答：运用虚断，输入端电流为零，则可知输入阻抗无穷大。