模擬電路實驗裝置插孔

㈠ [第五次實驗模擬運算放大電路(一)]運算放大電路

東南大學電工電子實驗中心

實驗報告

學號： 姓名：

第 五 次

實驗名稱：模擬運算放大電路（一）

提交報告時間：2011年 05 月 01 日

完成名次：

成績： 審批教師：2011年 月學習目標：

1、 了解運放調零和相位補償的基本概念。

日

2、 熟練掌握反相比例、同相比例、加法、減法等電路的設計方法。

3、 熟練掌握運算放大電路的故障檢查和排除方法，以及增益、傳輸特性曲線的測量方法。 實驗原理

1、 運放「調零」，是指運放作直流放大器用時，由於輸入失調電壓和失調電流的影響，當運

放的輸入為零時，輸出不為零，這不僅影響運放的精度，嚴重時還會造成運放不能正常工作。調零一般是在運放的輸人端外加一個補償電壓，抵消運放本身的失調電壓，達到凋零的目的。有的運放有調零引出端如本實驗用到的741，其調零電路如下圖所示，調節電位器RW ，可使運放輸出電壓為零。也有的運放無調零引出端，需要在同相端或反相端接一定的補償電壓來實現。

圖1 調零電路圖

2、 用示波器測量電壓傳輸特性曲線的方法

圖2 電枯旁壓傳輸特性曲線測量

示波器X-Y 方式進行直接觀察，是把一個電壓隨時間變化的信號（如：正弦波、三角波、鋸齒波）在加到電路輸入端的同時加到示沒桐橡波器的X 通道，電路的輸出信號加到示波器的Y 通道，利用示波器X-Y 圖示儀的功能，在屏幕上顯示完整的電壓傳輸特性曲線，同時還可以測量相關參數。測量方法如圖2所示。

具體測量步驟如下：

(1) 選擇合理的輸入信號的電壓，一般與電路實際的輸入動態范圍相同，太大除了會影響測量結果以外還可能會損壞器件；太小不能完全反應電路的傳輸特性。

(2) 選擇合理的輸入信號頻率，頻率太高會引起電路的各種高頻效應，太低則使顯示的波形閃爍，都會影響觀察和讀數。一般取50～500Hz 即可。

(3) 選擇示波器輸入耦合方式，一般要將輸入耦合方式設定為DC ，比較容易忽視的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通過觸發耦合按鈕來設定的，同樣也要設成DC 。

(4) 選擇示波器顯示方式，示波器設成X-Y 方式，對於模擬示波器，將掃描速率旋鈕逆時針旋到底就是X-Y 方式；對於數字示波器，按下「Display 」按鈕，在菜單項中選擇X-Y 。

(5) 進行原點校準，對於模擬示波器，可把兩個通道都接地，此時應該能看到一個光點，調節相應位移旋鈕，使光點處於坐標原點；對於數字示波器，先將CH1通道接地，此時顯示一條豎線，調節相應位移旋鈕，將其調到和Y 軸重合，然後將CH1改成直流耦合，CH2接地，此時顯示一條水平線，調節相應位移旋鈕，將其調到和X 軸重合。 3、 電壓增益(電壓放大倍數A V ) 測量方法

電壓增益是電路的輸出電壓和輸入電壓的比值，包括直流電壓增益和交流電壓增益。實驗中一般採用輪咐萬用表的直流檔測量直流電壓增益，測量時要注意表筆的正負。

交流電壓增益測量要在輸出波形不失真的條件下，用交流毫伏表或示波器測量輸入電壓V i (有效值) 或V im (峰值) 或V ip-p （峰-峰值）與輸出電壓V o (有效值) 或V om (峰值) 或 V op-p （峰-峰值），再通過計算可得。測試框圖如圖所示，其中示波器起到了監視輸出波形是否失真的

作用。

測電壓增益(電壓放大倍數A V )

預習思考：

1、 設計一個反相比例放大器，要求：|AV |=10，Ri>10KΩ，將設計過程記錄在預習報告上； （1） 原理圖

（2） 參數選擇計算

由題意，要使|AV |=10，Ri>10KΩ，即R F /R 1=10, R 1>10 KΩ, 取R 1=15 KΩ，則R F =150 KΩ, R =R F //R 1≈13.6 K Ω

2、 設計一個同相比例放大器，要求：|AV |=11，Ri>100KΩ，將設計過程記錄在預習報告上； （1）原理圖

（2）參數選擇計算

由題意，要使|AV |=11，Ri>100KΩ，

∴1+R F /R 1=11, R F /R 1=10 R i =R +R 2=R F //R 1+R 2=

1011

R 1+R 2>100k Ω

取R 1=110 KΩ，R 2=100 KΩ，R F =1.1MΩ，R =

1011

R 1=100 KΩ

3、 設計一個電路滿足運算關系V O = -2Vi1 + 3Vi2 （1） 原理圖

（2）參數選擇計算

V 0=(1+

R F R 1

)

R 3R 2+R 3)

V i 2-

R F R 1

V i 1

上圖為差分運算電路，輸出

R F R 1

=2, (1+

R F R 1

R 3R 2+R 3

=3,

∴R 2=0

現要使V O = -2Vi1 + 3Vi2 即使

R F R 1

=2, (1+

R F R 1

)

R 3R 2+R 3

=3,

∴R 2=0，R 3可取任意值

取R 1=10 KΩ ， R F =20 KΩ ， R 3=20K Ω

必做實驗：

1、 23頁實驗內容1，具體內容改為：

(I) 圖5-1電路中電源電壓±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ，R P ＝10k//100kΩ。

按圖連接電路，輸入直流信號V i 分別為－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用萬用表測量對應不同V i 時的V o 值，列表計算A vf 並和理論值相比較。其中V i 通過電阻分壓電

實驗結果分析：

在輸入V i 較小時，從表中數據可看出，運放的閉環電壓放大倍數Avf 的測量值和理論值比較接近，誤差在2%以內，而當增加V i 時，Avf 的測量值和理論值相差較大，達到了25%。

這是因為當(V +-V -) 較大時，Avf (V +-V -) >U O PP =V C C =15V, 故運放不再工作在理想線性區，此時放大倍數不再滿足線性關系。

(II) Vi 輸入0.2V 、 1kHz 的正弦交流信號，在雙蹤示波器上觀察並記錄輸入輸出波形，

在輸出不失真的情況下測量交流電壓增益，並和理論值相比較。注意此時不需要接電阻分壓電路。

a ） 雙蹤顯示輸入輸出波形圖

b ） 交流反相放大電路實驗測量數據

交流反相放大電路實驗測量數據

實驗結果分析：由實驗結果波形看出，實驗值和理論值幾乎沒有誤差，說明器件性能良好。

(III) 輸入信號頻率為1kHz 的正弦交流信號，增加輸入信號的幅度，測量最大不失真輸

出電壓值。

實驗結果分析：

理論上，最大不失真輸出電壓值比電源電壓小1~2V左右，從表中測得數據可看出，符合標准。

(IV) 用示波器X-Y 方式，測量電路的傳輸特性曲線，計算傳輸特性的斜率和轉折點值。 a) 傳輸特性曲線圖（請在圖中標出斜率和轉折點值）

b) 實驗結果分析：

由公式知，電路輸入信號最大不失真范圍是V ip -p =op -p ≈(-1.5~1.5V )

|A vf |

和橫坐標符合，轉折點的縱坐標值也滿足最大不失真的條件。 斜率即放大倍數，算得K =10和理論值10幾乎沒有誤差。

(V) 電源電壓改為12V ，重復(III)、(IV)，並對實驗結果結果進行分析比較。

V

b) 實驗結果分析：

從表格和特性曲線可看出，改變電源電壓後，最大不失真輸出電壓和輸出電壓范圍也隨之變化。

但輸入信號仍然在工作范圍之內，放大器的放大特性並沒有變化。

2、

24頁內容3-(2)，設計電路滿足運算關系V O = -2Vi1 + 3Vi2，其中方波信號從示波器的校

准信號獲取，模擬示波器V i1為1KHz 、1V 的方波信號，數字示波器V i1為1KHz 、5V 的方波信號，畫出波形圖並與理論值比較。然後慢慢調整輸入信號V i1 及V i2的幅值，觀測運放反相端及同相端V -,V+的波形，了解「虛短」存在條件並作出解釋。實驗中如波形不穩定，可微調V i2的頻率。 a ） 雙蹤顯示輸入輸出波形圖

用的是數字示波器，V i1為1KHz 、5V 的方波信號， V i 2為5KHz 、0.1V 的正弦信號。

b) 實驗結果分析：

輸入既有正弦波也有方波，放大器對方波正弦波均有放大作用，經疊加得到如圖所示波形。 增大輸入正弦信號幅值，則相應的輸出正弦信號幅值增大。增大方波信號，則輸出方波信號幅值增大。

虛短的概念：由於理想運放的開環差模電壓增益為無窮大，當輸出電壓為有限值時，差模輸入電壓V --V +=0/A V =0, 即V -=V +。

當運算放大器是理想的深度負反饋放大器時，輸出信號是有限值，此時滿足虛短條件。V -, V +的波形一致。測量其反向端及同相端V -, V +的波形如下：

五：實驗思考題

1、理想運放有哪些特點？

答：開環增益無限大；輸入阻抗無限大；輸出阻抗為零；開環帶寬無限；

失調及其溫漂為零；共模抑制比為無窮大；轉換速率為無窮大。

2、運放用作模擬運算電路時，「虛短」「虛斷」能永遠滿足嗎？試問，在什麼條件下「虛短」「虛斷」將不再存在？

答： 不能永遠滿足。當放大器不是工作在線性區時，如輸出端和反相端不存在負反饋，或者當A od ≠∞, (V +-V -) 值比較大，超出V C C 時，虛短，虛斷現象不再滿足。

㈡ 模擬電路實驗器材都哪些

不知道樓主你要模擬什麼電路呢？請詳細說明，我將盡全力為您解答

最基本的模擬電路最基本的實驗器材如下：電池組，導線，單刀開關，小燈泡，定值電阻，電流表，電壓表等

㈢ 模擬電路實驗箱怎麼連接線路

電路問題先要理解原理圖，知道串並聯知識，電路中的等電位知識，元件的測量方法及認識，在板上搭接元件時，要從原理圖的左右上下順序布置，孔位不夠時用小導線串接旁邊未用的孔位擴展，元件布置完後要檢查合格方可通電測試。

電路原理實驗箱主要是進行電工學中的有關電路分析理論的實驗論證，屬弱電類實驗。它採用模塊式結構，各模塊間相互獨立，通過各元件區不同元件組合，可組成多種測試電路，實驗模板正面印有電路圖。

反面裝有器件，各實驗電路中需測試的點均裝有測試孔，使用方便，接觸可靠，而且壽命長、效率高，適用於進行各種電路的實驗研究，可滿足電工原理、電路分析等課程實驗教學的需要。