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1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 模拟电子电路实验 第一次实验实验名称： 运算放大器的基本应用 院 （系）： 自动化学院 专 业：自动化 姓 名： 某 某 学 号：08015 实 验 室: 101 实验组别： 同组人员： 无 实验时间：2017年3月29日 评定成绩： 审阅教师： 推荐精选推荐精选实验一 运算放大器的基本应用一、实验目的：1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法；2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法；3、 了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模
2、输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念； 4、 熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性传输曲线测量方法。二、预习思考：1、 查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义。参数名称参数值参数意义及设计时应该如何考虑直流参数输入失调电压UIOTYP1mV;MAX6mV在输入电压为0时，存在一定的输出电压。输入偏置电流IIBTYP80nA;MAX500nA第一级放大器输入晶体管的基极直流电流。这个电流保证放大器工作在线性范围，为放大器提供直流工作点输入失
3、调电流IIOTYP20nA;MAX200nA输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的失调电压温漂UIO20V/C温度变化带来的失调电压变化的比例共模抑制比KCMRMIN70dB;TYP90dB输入端口短路线中点对地加电压和输入端口两点之间的电压的比开环差模电压增益AVDMIN20V/mV;TYP200V/mV输出端无反馈情况下，输出信号与输入差模信号的比值输出电压摆幅UOMMIN12V;TYP14V正负输出电压的摆动幅度极限差模输入电阻RIDMIN0.3M;TYP2M输入差模信号同相端与反相端之间的近似电阻值输出电阻RO75即运放输出电阻交流参数增益带宽积G.BW0.7-1.6MH
4、Z有源器件或电路的增益与规定带宽的乘积推荐精选转换速率SRTYP0.5V/S该参数指输出电压的变化量 与发生这个变化所需的时间之比极限参数最大差模输入电压UIOR30V反向和同相输入端能承受的最大 电压值。超过这个电压值运放的功能会受到影响。最大共模输入电压UICRTYP13VNIN12V同相端与反相输入端承受的最大 共模信号电压值。超过这个值运放的共模抑制比会显著下降，放大功能会受到影响。最大输出电流IOSTYP30mA;MAX40 mA运放所能输出的电流峰值。最大电源电压USR22V运放最大电源电压。2、 设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri10K，RL=100 K，并用Mu
5、ltisim仿真；（1） 仿真原理图（2） 参数选择计算因为要求|Av|=10，即|V0/Vi|= |-RF/R1|=10,故取RF=10R1,输入电阻尽量大些，取：R1=15k，RF=150 k, RL=100 k（3） 仿真结果推荐精选当输入电压为427.083mV时，输出电压为4.263V，放大倍数为9.982，与理论值10接近。3、 设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri10K，RL=100 K，并用Multisim仿真。（1）仿真原理图（2）参数选择计算因为要求|Av|=11，即|V0/Vi|=1+|-RF/R1|=11,故取RF=10R1,输入电阻尽量大些，取：R1=1
6、5k，RF=150 k, RL=100 k；（3）仿真结果推荐精选当输入电压为30.640mV时，输出电压为341.094mV，放大倍数为11.132，与理论值11接近。三、实验内容：1、内容一：反相输入比例运算电路各项参数测量数据（1）下图图1.1中电源电压15V，R1=10k，RF=100 k，RL100 k，RP10k/100k。按图连接电路，输入直流信号Ui分别为2V、0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同Ui时的Uo值，列表计算Au并和理论值相比较。其中Ui通过电阻分压电路产生。Ui/VUO/VAu测量值理论值-1.99514.04-7.038-10-0.5044.997-9
7、.875-100.505-4.967-9.836-101.992-12.67-6.354-10推荐精选实验结果分析： 由运放的基本性质可知，当输出电压UoUom时，输出电压为Uom，由数据手册，VCC=15V时，输出电压摆幅UOM12V14V。故当|Ui|1.5V时，|Uo|=1214V; |Ui|1.5V时，|Uo|=10|Ui|，实验结果与理论相符。观察数据发现，在输入电压的绝对值一定时，运放输出的正电压高于负电压，在输出电压接近电源电压时尤为明显，由于放大器及电路本身结构具有不对称性，可推断这样的结果是合理的。（2）Ui输入0.2V（有效值）、 1kHz的正弦交流信号，在双踪示波器上观察
8、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。注意此时不需要接电阻分压电路。（a）双踪显示输入输出波形图CH1输入信号数据显示：CH2输出信号数据显示：推荐精选（b）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）信号频率电压增益测量值理论值0.141.331kHz9.50-10交流反相放大电路实验测量数据实验结果分析：由于本人的失误，将输入的0.2V有效值看成峰值，是的真正的输入有效值为0.14V,通过对有效值为0.14V的输入的输入输出波形的分析不难发现，放大倍数9.5在10倍左右，而输入输出的波形相位差为180，构成一个反向比例放大器，与
9、理论结果符合；（3）输入信号频率为1kHz的正弦交流信号，增加输入信号的幅度，测量最大不失真输出电压值。 实验过程以及波形记录：不断增大输入电压值，直到输出信号出现失真，此时，输入电压峰峰值为2.6V，输入输出波形如下：实验结果分析：通过查阅数据手册可知，当电源电压为15V时，运放的最大输出摆幅范围为12V到14V。实验结果表明，RL=100K时，最大不失真输出电压峰值为12.20V位于12V14V之间符合理论值。 （4）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。（a）传输特性曲线图推荐精选（b）实验结果分析：由上图，可知两转折点分别为（-1.24,12.10）
10、和（1.38，-13.50），Dx =2.62V,DY=-25.60V,放大倍数为DY /Dx=9.77,与理论值10接近。 （5）电源电压改为12V，重复(3)、(4)，并对实验结果结果进行分析比较。（a）最大不失真输出电压值A.实验过程以及波形记录：不断增大输入电压值，直到输出信号出现失真，此时，输入电压峰峰值为1.96V，输入输出波形如下：B.实验结果分析：RL=100k，由于Vcc=12V，运算放大器的输出电压摆幅相应降低，故最大不失真输出电压峰值也降低为9.2V，与理论结果符合；（b）电路的传输特性曲线推荐精选A.传输特性曲线图：B.实验结果分析：由上图，可知两转折点分别为（0.97
11、0,9.00）和（1.04，-10.80），Dx =2.01V,DY=-19.80V,放大倍数为DY /Dx=9.85,与理论值10接近。（6）重加负载（减小负载电阻RL），使RL220，测量最大不失真输出电 压，并和RL100 k数据进行比较，分析数据不同的原因。（提示：考虑运算放大器的最大输出电流）（a）实验过程以及波形记录： 不断增大输入电压值，直到输出信号出现失真，此时，输入电压峰峰值为1.01V，输入输出波形如下：推荐精选（b）实验结果分析：负载RL=100KRL=220电源电压（V）1515最大不失真输出电压峰值（V）12.24.64当RL=100K时，最大不失真输出电压峰值为12
12、.20V位于12V14V之间符合理论值。而当RL=220时，则最大不失真输出电压为4.64V，考虑运放的最大输出电流为30mA，负载上的最大电压为6.6V,实验结果与理论值相符合。1、内容二： （1）设计一个同相输入比例运算电路，放大倍数为21，（由于从实验中心网站下错实验讲义，我下的16年的讲义要求放大倍数为21，后来做完实验才得知17年的讲义要求放大倍数为11，姑且为21）且 RF=100 k。输入信号保持Ui0.1V 不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。 （a）同相输入比例运算电路设计上图中电源电压15
13、V，R1=10k，RF=200 k，RL100 k，RP10k/200k。（b）上限频率的测量逐渐增加输入信号的频率，当输入信号频率为30.44KHZ时，达到上限频率，波形如下如：整理数据到如下表格中：推荐精选上限频率fH(KHz)相位差t(s)T(s)=t/T360 o 30.304.4033.0048（C）实验结果分析：输入电压为0.2V，取输出电压为0.2*21/2=2.97V左右时作为失真的临界值。增益带宽积为0.71.6MHz，实验值G.BW=(21/2)*0.030MHz=0.45MHZ，与理论值有差距，可能的原因是实际放大电路的放大倍数不是21，或者是输入电压的取值不当。当频率达到上限频率时，输入输出信号的相位差也发生了变化，这是由于当达到上限频率运放中的阻抗元件滤除了部分高次谐波。（2）输入信号改为占空比为50%的双极性方波信号，调整信号频率和幅度，直至输出波形正好变成三角波，记录该点输出电压和频率值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析（这是较常用的测量转换速率的方法）。（a）实验数据获取：当输入的双极性方波信号的频率为12.9KHZ，电压值为 1VPP时，输出波形刚好是三角波，此时的输入输出波形如下：（b）实验数据处理：
