模拟运放放大电路(一)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 1 次实验

实验名称： 模拟运算放大电路（一）
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： 2010年 3月23日
评定成绩： 审阅教师：
实验目的和要求：
① 了解运放调零和相位补偿的基本概念。
② 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
③ 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。
实验原理：
预习思考：
1、 设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上；
电路图如P20页5-1所示，电源电压为±15V，R1=10kΩ，RF=100 kΩ，RL＝100 kΩ
2、 设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上；

电源电压为±15V，R1=10kΩ，RF=100 kΩ，RL＝100 kΩ
3、 设计一个电路满足运算关系 VO= -2Vi1 + 3Vi2
减法运算电路：
，
取
实验电路如
实验内容：
1、反相输入比例运算电路
（I） 按图连接电路，其中电源电压为±15V，R1=10 kΩ, RF=100 kΩ, RL=100 kΩ, RP=10 kΩ//100 kΩ

输入端接地，用万用表测量并记录输出端电压值，此时测出失调电压0.016 V
分析：失调电压是直流电压，将会直接影响直流放大器的放大精度。
直流信号测量：
Vi/V
VO/V
Avf
测量值
理论值
-2
14.25
-7.125
-10
-0.5
4.98
-9.96
-10
0.5
-5.02
-10.04
-10
2
-12.87
-6.435
-10
实验结果分析：
运算放大器的输出电压摆幅受器件特性的限制，当输入直流信号较大时，经过运放放大后的输出电压如果超过VOM，则只能输出VOM的值。根据数据手册可知，VCC=±15V时，输出电压摆幅VOM≈±13V~±14V，因此在本电路中最大的输出电压也在±13V~±14V。实验中测得数据和理论值基本相符。但上下Vom绝对值大小相差较大，可能是由于OP中上下三极管的饱和压降不一样所导致。
（II） Vi输入0.2V、 1kHz的正弦交流信号，在双踪示波器上观察并记录输入输出波形，在输出不失真的情况下测量交流电压增益，并和理论值相比较。分析如果不调零对此项试验结果有没有影响。注意此时不需要接电阻分压电路。
交流反相放大电路实验测量数据
输入信号有效值（V）
输出信号有效值（V）
信号频率
电压增益
0.2（有效值）
2.06
1000
-10.03
实验结果分析：实验结果和理论值很符合，即不调零对此项结果影响比较小。
实验中测得的波形如上图所示，其中，CH1为输入信号，CH2为输出信号。从图中可看出输入输出信号的相位相差180°，这符合反相放大器的理论特性。

（III） 设定输入信号频率为1kHz，增加输入信号的幅度，测量最大不失真输出电压值。
信号频率（HZ）
输入信号
输出信号
有效值（V）
峰峰值（V）
有效值（V）
峰峰值（V）
1000
0.9
2.6
8.85
25.2
（IV）用示波器x-y方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性的斜率和转折点值。
转折点值为（-1.443V， 14.43V）1.243V，-12.43V）。
Vip-p=2.6V， Vop-p=25. 20V，斜率K=-25.2V/2.6V=-10
X轴为输入信号
Y轴为输出信号
X—1V/格
Y—5V/格

当频率较大时，传输特性曲线会分为两条，这是由于电路的高频效应造成的，因此，选用50-500HZ频率即可。
（V）电源电压改为12V，重复（III）、（IⅤ），并将实验结果进行分析比较。
信号频率（HZ）
输入信号
输出信号
有效值（V）
峰峰值（V）
有效值（V）
峰峰值（V）
1000
0.687
1.98
6.77
19.2
转折点值为（-1.123V， 11.23V）、（0.99V，-9.6 V）。
Vip-p=1.98V， Vop-p=19.2V，斜率K=-19.2V/1.98V=-10（传输特性曲线趋势同上）
实验结果分析：
电源电压改变后最大不失真输出电压变小了，由于741的最大输出摆幅范围是和电源电压有关的；传输特性的斜率没有变化。
2、24 页内容 3-(2)，其中方波信号从示波器的校准信号获取，模拟示波器 Vi1为 1KHz、1V的方波信号，数字示波器 Vi1为 1KHz、5V的方波信号，实验中如波形不稳定，可微调 Vi2的频率。
V0波形：
X方向一格500us，Y方向一格5V。黑线为0电位处。与理论值相符。
V-和V+波形：
左为V-，右为V+。V+峰峰值0.2V
实验结果分析：
输出波形与理论值相符，为两个波形按照-2Vi1 + 3Vi2的叠加。由实验可知，V-与V+并不完全相同，即两者不是严格意义上的虚短。V-的波形在方波边沿处会有比较大的尖峰。这是由于运放的开环放大倍数并不是理论上的无穷大，加上运放输入端存在寄生电容，而方波边沿可以认为是由许多不同频率的交流信号叠加而成，且频率较高，造成输入阻抗下降，导致这种情况的发生。
实验思考题：
a) 理想运放有哪些特点？
答：（1）开环电压放大倍数AO接近无穷大；（2）开环输入电阻Ri接近无穷大；
（3）开环输出电阻Ro趋近于0； （4）共模抑制比KCMR接近无穷大
（5）虚短、虚断输出电压不受负载大小的影响；
（6）通频带趋近无穷大； （7）失调及温漂趋近于0；
（8）转换速率S趋近无穷大；
b) 单电源运放用来放大交流信号时，电路结构上应满足哪些要求？若改用单一负电源供电，电路应做何改动？
答：单电源运放用来放大交流信号时，应在运放的同相输入端加直流偏置电路，在输入、输出端添加隔直电容，这时运放的输入、输出端直流电位相等。
改为单一负电源供电时，电解电容应反接，4脚接负电源，7脚接地，须添加的直流偏置电路相同。
c) 运放用作模拟运算电路时，“虚短”“虚断”能永远满足吗？试问，在什么条件下“虚短”“虚断”将不再存在？
答：当运放工作在线性区时，存在“虚短”“虚断”；当运放工作在非线性区时，“虚断”存在，“虚短” 不存在。