电子技术综合实验（新）.doc

实验一 基本放大电路的设计

一、 晶体管放大电路基本参量的测试

1. 自行搭接晶体管放大电路， 改变Rb(KΩ)，其它参量不变，完成下表：

输入量
测试参数
计算与判定
改变Rb(KΩ)，其它量不变
IB(μA)
IE(mA)
Au
ri(KΩ)
ro(KΩ)
通频带带宽BW(KHz)
晶体管工作状态及β值

1.确定Rb的范围：
2.确定晶体管在各个工作状态下IB、IE、Rb的范围：

2.自行搭接晶体管放大电路， 改变Rc(KΩ)，其它参量不变，完成下表：

输入量
测试参数
计算与判定
改变Rc(KΩ)，其它量不变
IB(μA)
IE(mA)
Au
ri(KΩ)
ro(KΩ)
通频带带宽BW(KHz)
晶体管工作状态及β值

1.确定Rc的范围：
2.确定晶体管在各个工作状态下IB、IE、Rc的范围：

3.自行搭接晶体管放大电路， 改变Re(KΩ)，其它参量不变，完成下表：

输入量
测试参数
计算与判定
改变Re(KΩ)，其它量不变
IB
(μA)
IE
(mA)
Au
Ri
(KΩ)
Ro
(KΩ)
通频带带宽BW(KHz)
晶体管工作状态及β值

1.确定Re的范围：
2.确定晶体管在各个工作状态下IB、IE、Re的范围：

二、实验数据处理
1.根据上面几个表格的数据，确定你所选的最佳的静态工作点（Q点）。
2.应用同一型号、不同β值的晶体管，测试β值改变后，表格中有哪些参量发生改变？
3.电压放大倍数Au如何调整？通频带带宽BW(KHz)如何调节？
4.熟悉三极管的主要技术参数，了解三极管做开关、放大器、比较器等应用时应如何设置？
5.以上测试先仿真，再在实验室进行验证。

三、 实际电路设计
晶体管放大器的设计与实际调试
一、设计任务与要求
设计并制作一个分立元件组成的放大器。主要技术指标为：电压放大倍数Au=100；输入阻抗Ri≥47KΩ；带宽BW=50Hz~100KHz；已知：输入信号电压=20mV，f =1KHZ；负载电阻RL=5.1KΩ；工作温度范围0～45℃。
二、设计所需器材与设备
（1）12V直流电源；（2）函数信号发生器；（3）双踪示波器；（4）交流毫伏表；（5）直流电压表；（6）直流毫安表；（7）频率计；（8）万用电表；（9）器件：晶体三极管3DG6×1(β＝50～100)或9011×1、电阻器、电容器若干；其他工具：电烙铁等电路装配工具；（10）电脑；投影仪等。
三、设计目的
（1）能够正确画出典型共集电极放大电路和分压偏置式典型共射极放大电路；
（2）根据设计要求，确定工作电源VCC的大小、选择晶体三极管；计算并选择其他阻容元件；
（3）测试元器件，安装电路；并将电路的偏置进行调整至合适的工作状态；
（4）掌握晶体管放大电路参数的测量方法，并测量放大电路的输入电阻、输出电阻、放大倍数、最大不失真输出电压和频带宽度；
（5）能够对基本放大电路的常见故障进行分析，并能够排除一些基本的故障。
四、设计思路
（一） 总体设计
（1）课题分析
根据设计要求，要实现电压放大倍数Au=100；输入阻抗Ri≥47KΩ；采用单级双极型三极管放大电路是无法实现的，就本题而言，系统可分为二级：输入级和主放大级。总体结构如图1-9所示。

图1-9 晶体管电压放大器方框图
（2）方案讨论
①输入级：主要完成阻抗变换，实现输入阻抗Ri≥47KΩ的设计要求；
②主放大级：主要完成电压放大作用，实现电压放大倍数Au=100的设计要求。
（二） 主放大级电路设计
（1）电路类型选择：为了实现电压放大倍数Au=100的设计要求，主放大级宜采用固定分压偏式共射大电路形式，工作稳定性最好。
（2）电路结构：如右图1-10所示。
（3）元件选取与参数计算：
①选择半导体三极管

图1-10 固定分压偏置式放大电路
从给出的技术要求可知，该电路工作在低频小信号场合，工作温度范围又较宽，故可选择热稳定性较好的低频小功率三级管3DG6B，从手册上查出它的主要参数是PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO≥20V，对该管进行实测，假设β=60。
②)确定电源电压VCC
为保证放大输出信号幅度的动态范围内不会产生非线性失真，一般取VCC≥2+UE+2UCES
由于输入信号电压幅值为
则输出信号电压幅值为
若取三极管馆和压降的临界值UCES≈1V，则静态集一射压降设置在
U CEQ≥+UCES=3.82V
又由于这种典型放大单元静点的工程(估算)条件是：I1≈I2>>IB和UB>>UBE
一般取I1=I2=(5-10)IB和UB=(5～10)VBE。硅管UB=3～5V，锗管UB=1～3V
若近似取UB=4V，UE=UB-0.7=3.3V
再按VCC≥2+UE+UCES=2×2.82+3.3+1=10V。
考虑留有余量取VCC=12V(标准等级电压)。
③计算和确定集电极电阻RC
由放大电路的静、动态分析可知，RC是决定静态工作点和满足电压增益要求的一个关键元件。一般应从输入至输出逐步推算。
先确定输入回路的动态范围：
基极信号电流的幅值为，取若=1KΩ，则
为了使输入动态信号不出现非线性失真，即信号动态工作不进入输入特性下面的弯曲部分，通常取最小基极电流 。
则静态基流 取IB=40μA
再在输出回路进行静态计算：
管子的电流放大作用有
又由于，若取，则
取标称值2.2KΩ
④计算确定射极电阻Re
取标称值1.5KΩ
⑤计算确定
由I1≈I2=(5-10)IB，取I1=I2=5IB=5×40=0.2mA
再按 即为标称值
取标称值39KΩ或43KΩ
实际电路中Rb1用一个固定电阻与一个可调电阻串联来代替，方便工作点的调节。
以上所确定的各电阻元件的阻值后，还要检验它们的额定功率，即
取1/8W RJ1.8KΩ电阻
取1/8W RJ1.5KΩ电阻
取1/16W RJ43KΩ电阻
取1/16W RJ20KΩ电阻
⑥确定耦合电容和射极旁路电容C1、C2和Ce
工程计算式分别为：
，，
式中下限频率fL≥20HZ，信号源内阻RS=几欧～几十欧，输入电阻Ri≈rbe，输出电阻RO≈RC，为与CE构成回路的等效电阻，且
，。
如放大电路是用于放大低频信号(f=20HZ～200KHZ)，则耦合电容和射极旁路电容的容量可不必按上式计算，可直接取经验标称值：
，
⑦校验
由于

∴ 符合指标要求。
（三） 输入级电路设计

图1-11共集电极电路
（1）电路类型选择：为实现输入阻抗Ri≥47KΩ的设计要求，根据模拟电路知识，输入级宜选用共集电极电路（射极输出器）。这种电路具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点。
（2）电路结构：射极跟随器的原理图如图1-11所示。 它是一个电压串联负反馈放大电路，它具有输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数接近于1，输出电压能够在较大范围内跟随输入电压作线性变化以及输入、输出信号同相等特点。
（3）元件选取与参数计算：
①选择半导体三极管
半导体三极管的选择同任务二，但要注意，对于小信号输入级，为降低热噪声，工作电流不宜过大，一般Ic＜1mA。
②)确定Rb
一般，取，实际电路中可以用一个200K的固定电阻与一个470K的可调电阻串联使用。
③计算Re
对于射极输出器，其输入电阻Ri≈(1＋β)(RE∥RL)≥47K，即：(RE∥RL) ≥0.77K
其中RL是主放大电路的输入电阻Ri，见任务二，Ri≈0.86K，求得Re≥7.36，
取标称值Re=7.5K
④C1、C2的选取同任务二。
⑤验算输入电阻Ri
Ri≈(1＋β)(RE∥RL)=61×7.5K//0.86K=47.1K＞47K，满足设计要求。
（四） 晶体管放大器的组装
（1）元件测试：参看电子工艺实训教程/殷志坚。
（2）根据你所设计的晶体管放大器电路在多功能面包板和相关的实验箱上搭接元器件。
（五） 晶体管放大器的调试
（1）测试仪器的准备、检查与调试方案：
①准备以下仪器：12V直流电源、函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、直流电压表、直流毫安表、频率计和万用电表等。
②仪器检查：检查和校正交注毫伏表、频率计、示波器、万用表、直流电压表的直流电流表；用万表或电压表将稳压电源调至+12V；用交流毫伏表、频率计将函数信号发生器调至正弦波20mV/1KHz输出。
③调试方案：在多级放大电路中，前后级电路相互影响，因此调试方法采用从后往前调。即先调主放大电路、再调输入级电路。
（2）主放大电路的调试
1）静态工作点的测量与调试：
①测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实训中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IE=UE/Re，IB=IE/（1+β），IC=βIB。同时也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。

(a) (b)
图1-12 静态工作点对uO波形的影响
②静态工作点的调试：放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如下图6-1(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶，如图1-12(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。
改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。为了满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2）放大器动态指标测试
　　放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）等。
　　①电压放大倍数Au的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则Au=Uo/Ui。
②输入电阻Ri的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图6-2电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得 ，
通常取R与Ri为同一数量级为好，本实训可取R＝1～2KΩ。
③输出电阻R0的测量
按图1-13电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，
根据，
图1-13输入、输出电阻测量电路
即可求出：
在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。
④最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）

图1-14 静态工作点正常，
输入信号太大引起的失真
如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图1-14）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出UOPP来。
3）放大电路频率特性测量（测量带宽BW）
①将放大器负载断开，先将输人信号频率调到1KHZ，幅度调到使输出幅度最大而不失真。
②保持输人信号幅度不变，改变频率，按表3-2测量并记录。
③接上负载、重复上述实验。
F(HZ)
50
100
250
500
1k
2.5k
5k
10k
25k
50k
100k
200k
uo
RL=∞

RL=5.1K

（3）输入电路的调试
1）静态工作点的测量与调试：
测量方法与主放大电路相同。但在多级放大电路中，输入级通常要求高输入阻抗，低输出阻抗，低噪音。因此输入级的集电极电流不宜过大，这里可以将输入级的集电极电流调至0.5—0.8mA左右。
2）放大器动态指标测试
动态指标的测量可以仿照主放大电路的方法做。
（4）总调
将调试好的输入电路与主放大电路连接好，测量晶体管放大器的总体性能指标。测量方法与主放大电路类同。并将测量结果记录下来。（自己设计记录表格）
（1）如果要求放大器的输出阻抗低于50Ω；该放大电路如何设计；
（2）如果要进一步展宽频带至20～500KHz该放大电路如何设计。

实验二 集成运算放大器参数测试
一、实验目的：
1．通过对集成运算放大器μA741参数的测试，了解集成运算放大器组件主要参数的定义和表示方法。
2．掌握运算放大器主要参数的测试方法。
二、实验原理：
集成运算放大器是一种使用广泛的线性集成电路器件，和其它电子器件一样，其特性是通过性能参数来表示的。集成电路生产厂家为描述其生产的集成电路器件的特性，通过大量的测试，为各种型号的集成电路制定了性能指标。符合指标的就是合格产品，否则就是不合格产品。要能够正确使用集成电路器件，就必须了解集成电路各项参数的含义及数值范围。集成电路的性能指标可以从产品说明书或器件手册查到，因此，我们必须学会看产品说明书和查阅器件手册。由于集成电路是半导体器件，而半导体器件的性能参数常常有较大的离散性，因此，我们还必须掌握各项参数的测试方法，这样才能保证在电路中使用的器件是合格产品，满足电路设计的需要。
运算放大器的性能参数可以使用专用的测试仪器进行测试（“运算放大器性能参数测试仪”），也可以根据参数的定义，采用一些简易的方法进行测试。本次实验是学习使用常规仪表，对运算放大器的一些重要参数进行简易测试的方法。
实验中采用的集成运算放大器型号为μA741（同类产品有LM741，CF741，F007等），是一种第二代通用运算放大器，其内部结构可参看教材P238 图3-26《F007的电路原理图》，其引脚排列如图2.1所示。它是一种八脚双列直插式器件，其引脚定义如下：
图 2.1 μA741引脚
①、⑤ 调零端；
② 反相输入端；
③ 同相输入端；
④ 电源负极；
⑥ 输出端；
⑦ 电源正极；
⑧ 空脚。

以下为主要参数的测试方法：
1．输入失调电压：
理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集成电路器件中，由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体管组成的差动输入级，不对称的主要原因是两个差放管的UBE不相等），使得输入为零时，输出不为零。这种输入为零而输出不为零的现象称为“失调”。为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做“输入失调电压”，记作UIO或VOS（在童诗白主编《模拟电子技术基础》一书中使用符号UIO，而在《模拟电子技术基础简明教程》一书中使用符号VOS。下文中的类似情况不再说明）。
输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数：

式中：UIO — 输入失调电压 UOO — 输入为零时的输出电压值
AOD — 运算放大器的开环电压放大倍数
图2.2 UIO，IIO测试电路
本次实验采用的失调电压测试电路如图2.2所示。闭合开关K1及K2，使电阻RB短接，测量此时的输出电压UO1即为输出失调电压，则输入失调电压

实际测出的UO1可能为正，也可能为负，高质量的运算放大器UIO一般在1mV以下。
测试中应注意：
① 将运放调零端开路（即不接入调零电路）；
② 要求电阻R1和R2，R3和RF的阻值精确配对。
2．输入失调电流IIO
当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为IIO（有的资料中使用符号IOS）。

式中：IB1，IB2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流。
输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于IB1，IB2本身的数值已很小（μA或nA级），因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如图4.2所示，测试分两步进行：
1）闭合开关K1及K2，将两个RB短路。在低输入电阻下，测出输出电压UO1，如前所述，这是输入失调电压UIO所引起的输出电压。
2）断开K1及K2,将输入电阻RB接入两个输入端的输入电路中，由于RB阻值较大，流经它们的输入电流的差异，将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，因此，测出两个电阻RB接入时的输出电压UO2，从中扣除输入失调电压UIO的影响（即UO1），则输入失调电流IIO为：

一般，IIO在100nA以下。
测试中应注意：①将运放调零端开路。 ②两端输入电阻RB应精确配对。
3．开环差模放大倍数Aod
集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用Aod 表示。它定义为开环输出电压UO与两个差分输入端之间所加差模输入信号Uid 之比：
或 （dB）
按定义Aod应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而且在开环情况下UO的漂移量太大，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。Aod的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测试方法，如图2.3所示。
图2.3 Aod的测试电路
被测运放一方面通过RF、R1、R2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移；另一方面通过RF和RS实现交流闭环，外加信号US经R1、R2分压，使Uid足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R3应与反相输入端电阻R2相匹配，以减小输入偏置电流影响，电容C为隔直电容。被测运放的开环电压放大倍数为：

Aod一般约为105（100dB）左右。
测试中应注意：
①测试前电路应首先消振及调零。
②被测运放要工作在线性状态。
③输入信号频率应较低，一般用50～100HZ，输出信号幅度应较小，而且无明显失真。
4．共模抑制比KCMR
集成运放的差模电压放大倍数Aod与共模电压放大倍数Aoc之比称为共模抑制比，记为KCMR（或CMRR）。
或
图2.4 KCMR测试电路
式中：Aod—差模电压放大倍数；Aoc—共模电压放大倍数。
共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、相位都相等的输入信号，是一种无用的信号（常因电路结构、干扰和温漂造成）。理想运算放大器的输入级是完全对称的，其共模电压放大倍数为零，所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输入信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。但在实际的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍数不可能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。人们用共模抑制比KCMR来衡量集成运算放大器对共模信号的抑制能力。KCMR愈大，对共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。KCMR的测试电路如图2.4所示。为了便于测试，采用闭环方式。
集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数，根据使用的电阻值，用下面公式计算：

使用图2.4的电路可测得共模输入信号Uic和共模输出信号Uoc，根据测得的Uic、Uoc值用下式计算出共模电压放大倍数：

由Ad和Ac计算得共模抑制比：

测试中应注意：
图2.5 UICM测试电路
① 消振与调零；
② R1与R2、R3与RF之间阻值严格对称。
③输入信号Uic幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围UICM
5．共模输入电压范围UICM
集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，运放的KCMR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。
(A)
UICM的测试电路如图2.5所示。
图2.6 UOPP测试电路
被测运放接成电压跟随器形式，输出端接示波器，观察最大不失真输出波形，从而确定UICM值。

6．最大输出电压UOPP
集成运放的最大输出电压又称输出电压动态范围，记为UOPP，该参数与电源电压、外接负载及信号源频率有关。测试电路如图2.6所示。
改变US幅度，观察UO削波顶失真开始时刻，从而确定UO的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值UOPP。
集成运算放大器在使用时应考虑的一些问题
1）输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
图2.7 调零电路
2）调零。
为提高运算精度，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时（如μA741的①、⑤脚），可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将运放输入端接地，用直流电压表测量输出电压UO，细心调节RW，使UO为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，可按图2.7所示电路设置调零电路。
一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（RF / R1太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。④ 组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤ 组件内部损坏，应更换的集成块。
3）消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为的消除运放自激，常采用如下措施
① 若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。② 电路布线，元、器件布局应尽量减少分布电容。③ 在正、负电源进线与地之间接上几十μF 的电解电容和0.01～0.1 μF的陶瓷电容相并联，以减小电源引入的影响。
注：自激消除方法请参考《模拟电子技术基础》有关章节。
三、实验设备与元件
1．模拟电路实验箱（型号：THM-1） 2．信号发生器（型号：XD22）
3．双踪示波器（型号：XJ4241） 4．交流毫伏表（型号：GB-9）
5．数字万用表（型号：DT890） 6.集成运算放大器 μF741×1
7. 电阻器 51Ω×2 ，51KΩ×2, 1KΩ×2 2KΩ×2, 10KΩ×2，100KΩ×2
8．电解电容器 100μF×1
四、实验内容
本实验在THM-1型“模拟电路实验箱”上进行。
（一）THM-1型模拟电路实验箱面板结构与使用方法：
1．大园孔是供插入连接导线插头使用，小园孔和集成电路插座用来插入元件。仔细观察大园孔和小园孔的连接关系，以便正确连线。有些大园孔内部已经连接了元件，并在面板上用元件符号标出，为使用提供了方便。与本次实验无关的元件大园孔中不要插入连接导线，以免加错电压，损坏实验箱中的元件。
2．面板的左上角“POWER”是总电源开关，左下角方框“DC SOURCE”中是直流组合电源，本次实验中使用的电源VCC (＋12V)和VEE（—12V）由此处供给。
3．面板中部下边有4个电位器，其中1K、100Ω和10K三个电位器是多圈电位器，使用时应注意旋转动作轻柔，不要使劲硬扭，以免损坏。
4．连接导线容易在与插头连接处内部折断，所以在拔插导线时，不准直接拉扯导线，而应捏紧插头，左右微微转动，就势拔出或插入插头。
（二）应正确使用集成运算放大器，使用前，首先必须看清运放管脚排列及外接电源极性和电压值，切忌正、负电源接反，若电源接反，则将烧毁集成运算放大器。
（三）实验步骤：
1． 测量输入失调电压UIO
按图2.2连接实验电路，闭合开关K1、K2，用直流电压表测量输出电压UO1，并计算UIO 。记入表2-1.
表2-1
UIO（mV）
IIO(nA)
Aod(db)
CMRR(db)
实测值
典型值
实测值
典型值
实测值
典型值
实测值
典型值

2. 测量输入失调电流IIO
实验电路如图2-2,打开K1，K2，用直流电压表测量UO2,计算IIO。记入表4-1。
3. 测量开环差模电压放大倍数Aod
按图2-3连接实验电路，运放输入端加频率100HZ , 大小约为30mV～50mV正弦信号作为Ui，用示波器监视输出波形。用交流毫伏表测量Uo和Ui,并计算Aod。 记入表2-1。
4. 测量共模抑制比KCMR
按图2-4连接实验电路，运放输入端加 f = 100Hz , Uic = 1～2V正弦信号，监视输出波形。测量Uoc 和 Uic,计算Ad 、AC 及 KCMR ,记入表2-1。
五、实验报告
1. 将所有测得的数据与典型值进行比较。
2. 对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。
六、预习要求
1．查阅集成运算放大器 μA741 典型指标数据及管脚功能。
2．根据查阅的典型数据，计算可能的数据值（如Uo1,Uo2等），以供实验时参考。
3. 测量输入失调参数时，为什么运放反相端及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称?
4. 测量输入失调参数时，为什么要将调零端开路，而在进行其它测试时，则要求对输出电压进行调零?
5. 测试信号的频率选取的原则是什么？

集成运算放大器的运用
项目“方波、三角波发生器的应用测试”
2.1.1项目说明
1．项目目标
1）了解电路的基本功能原理，学会用集成运算放大器组成方波、三角波发生器；
2）学会方波、三角波发生器的调试与测量方法；
3）能按要求正确画出电路接线工艺图；
4）能正确焊装、检测、调试电路。
2．项目原理
（1）方波发生器

图2-1-1 基本方波发生器电路
基本方波发生器如图2-1-1电路（R1 = 100kW，C = 0.01mF，R2 = 100kW，R3 = 86kW）所示。其中电阻R2 与R3 组成正反馈支路；电阻R1 与电容C 组成的充放电回路是运算放大器的负反馈支路。运算放大器反相输入端的电压，同相输入端的电压 。
输出电压uo的极性由与比较的结果来决定：若，则为负；若，则为正。
在接通电源的瞬间，为负或为正纯属偶然，假设一接上电源时，输出电压为正值，（饱和压降），则同相输入端的电压为：

接着输出电压经过电阻R1向电容C充电，按指数规律增长。当时，输出电压开始翻转，R2、R3支路的正反馈作用使翻转过程在极短的时间内完成，输出电压由跃变为，并通过正反馈使输出电压保持为。此时变为：

同时，电容器C通过电阻R1放电，下降。当下降到等于u+ 时，输出电压再一次翻转， 使。如此周而复始， 则输出电压为周期性的方波，如图2-1-2所示。

图 2-1-2 uC与uO的波形
方波的上升沿和下降沿与集成电路的转换速率有关，方波的幅值由运放的饱和压降 决定，限制在±之间。由于电容C的充放电都是经过R1进行的，充放电的时间常数相等，因此可得到对称的方波。其周期为：

方波的频率为：

当选择R3 = 0.86R2时，由于：

故方波的频率可由下式求得：
（2-1-1）
由式2-1-1可知，改变R1或C的值，就可以改变方波的频率。
为了防止放大器输出电流太大而过载，往往在放大器的输出端串联一个限流电阻R0。另外为了得到稳定的输出电压，可在方波发生器的输出端加上由稳压管组成的限幅器。如图2-1-3所示。

图2-1-3 方波发生器电路
图中：R1 = 100kW，R0 = 3.9kW，R2 = 100kW， R3 = 86kW，C = 0.01mF。D1和D2采用稳压管1N5229，其稳压值为4.3V，正向压降为0.7V。
此时，方波的幅度完全由稳压管的稳压值决定。
（2） 三角波与方波发生器
方波与三角波发生器由电压比较器加积分器组成。如图 2-1-4所示。

图2-1-4 方波与三角波发生器
图中：R1 = 6.8kW，R2 = 10kW，R3 = 30kW，R0 = 3.9kW，R4 = 20kW，R5 = 20kW，C = 0.1mF，D1和D2采用稳压管1N5229。
若a点断开，运算放大器A1与R1、R2、R3及R0、D1、D2组成电压比较器。运算放大器的反相端接基准电压，同相端接输入电压，R1为平衡电阻。比较器输出的高电平等于，低电平等于，当比较器的时，比较器翻转，输出电压从高电平跳到低电平或从低电平跳到高电平）。
设= ，则有
(2-1-2)
将上式整理，得到比较器翻转的下门限电位为：
(2-1-3)
若Uo1 = ­UZ，则比较器翻转的上门限电位为：
(2-1-4)
比较器的门限宽度为：
(2-1-5)
由式（2-1-2）~（2-1-5），可得到比较器的电压传输特性，如图 2-1-5 所示。

图 2-1-5 比较器电压传输特性
a点断开后，运算放大器A2与R4、C及R5组成反向积分器，该反向积分器的输入信号为方波 ，积分器的输出电压为：

当时：

当时：

因此，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图 2-1-6 所示。

图 2-1-6 三角波、方波发生电路的输出波形
当a点闭合时，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波的幅度为：

因从0上升到所需时间为四分之一周期T，故：
(2-1-6)
所以，三角波（或方波）的频率为：
(2-1-7)
式（2-1-6）和（2-1-7）表明，若要维持三角波的幅值不变，则R2、R3的比值应固定，调节R4或C的值可以改变三角波的频率。

2.1.2 学生本课程需完成的项目内容
1、设计一个用集成运算放大器构成的常见的方波—三角波产生电路。
指标要求如下：
方波 输出频率：300HZ--10KHZ可调
脉冲幅度：（500mV~6V）
三角波 输出频率：300HZ--10KHZ可调
脉冲幅度：300mv ~ 3 V
输出阻抗不大于100欧

2、要求
（1）根据设计要求和已知的条件，确定电路的方案，计算并选取各单元电路的元件参数。
（2）测量方波产生电路输出方波的幅度和频率，使之满足设计要求。
（3）测量三角波产生电路输出三角波的幅度和频率，使之满足设计要求。

2.1.3学生本课程需完成的具体的内容
1．电路安装
1）认真检测电路元件；
2）绘制元件装配图，有能力的学生可以尝试绘制印制板图；
3）元件成形、焊装；
4）通电检测调试。
2．安装工艺要求
接线工艺图绘制完成后，对照电路原理图认真检查无误，再在实验板上进行电路焊装，要求：
1）严格按照图纸进行电路安装；
2）所有元件焊装前必须按要求先成型；
3）元件布置必须美观、整洁、合理；
4）所有焊点必须光亮、圆润、无毛刺、无虚焊、错焊和漏焊 ；
5）连接导线应正确、无交叉，走线美观简捷；
6）电路通电应正常工作。
3．方波发生器的测试
观察并定量绘出输出电压和电容上的电压的波形，用示波器测出方波的周期和峰峰值及的峰峰值，将测量结果填入表2-1 中，根据测出的周期T，算出方波的频率。并与理论值相比较。
表2-1 电路测量值

测量值
理论值
参数
T ( ms )
f ( Hz )
Uop-p（V）
Ucp-p (V)
fo( Hz )
图4-1-1 电路

图4-1-3 电路

4．方波与三角波发生器的测试
用示波器测出三角波（或方波）的周期T，方波的峰峰值Uop-p1和三角波的峰峰值Uop-p2。将测量结果填入表2-2中，根据测出的周期T，算出三角波（或方波）的频率。并与理论值相比较。
表2-2电路测量值

测量值
理论值
参数
T ( ms )
f ( Hz )
Uop-p1 (V)
Uop-p2 (V)
fo ( Hz )
图2-1-4电路

5．项目报告书要求
按要求完成项目报告书。
6．创新设计与探索
根据自己对上述报警电路的制作安装情况，设计一个实用的信号发生器电路，如锯齿波发生器、正弦波发生器等，可画出电路设计草图，也可制作成实物，能工作、有效果给予分数奖励。
7．主要元件、材料及工具
1）电路所需电子元件，焊锡丝、软导线若干；
2）实验板1块；
3）电烙铁、架1套，镊子1把；
4）万用表1块；
5）直流稳压电源1台；
6）示波器1台；
7）晶体管毫伏表2台。
2.1.3 成果形式
1）实物作品。
2）项目报告书。
2.1.4 评分标准
表2-13 评分标准
项目内容
配分
评   分   标   准
项目报告书
40
报告内容完整、工整、数据