东南大学模电实验报告模拟运算放大电路(一)

东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 模拟电路实验 第 一 次实验实验名称： 模拟运算放大电路（一） 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩： 审阅教师： 实验一 模拟运算放大电路（一）一、实验目的：1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。3、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。二、实验原理：1、反向比例放大器 反馈电阻RF值一般为几十千欧至几百千欧，太大容易产生较大的噪声及漂移。R的取值则应远大于信号源vi的内阻。 若RF= R，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。2、电压传输特性曲线双端口网络的输出电压值随输入电压值的变化而变化的特性叫做电压传输特性。电压传输特性在实验中一般采用两种方法进行测量。一种是手工逐点测量法，另一种是采用示波器X-Y方式进行直接观察。示波器X-Y方式直接观察法：是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X通道，电路的输出信号加到示波器的Y通道，利用示波器X-Y图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以测量相关参数。具体测量步骤如下：(1) 选择合理的输入信号电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。(2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50500Hz 即可。(3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC，比较容易忽视的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC。(4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y 方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y 方式；对于数字示波器，按下“Display”按钮，在菜单项中选择X-Y。(5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1 通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y 轴重合，然后将CH1 改成直流耦合，CH2 接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X 轴重合。3、电压增益(电压放大倍数AV) 电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压Vi (有效值)或Vim(峰值)或Vip-p（峰-峰值）与输出电压Vo(有效值)或Vom(峰值)或 Vop-p（峰-峰值），再通过计算可得。三、预习思考：1、 设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri10K，将设计过程记录在预习报告上；2、 设计一个电路满足运算关系VO= -2Vi1 + 3Vi2四、实验内容：1、 23页实验内容1，具体内容改为： (I) 图5-1电路中电源电压15V，R1=10k，RF=100 k，RL100 k，RP10k/100k。按图连接电路，输入直流信号Vi分别为2V、0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同Vi时的Vo值，列表计算Avf并和理论值相比较。其中Vi通过电阻分压电路产生。(II)Vi/VVO/VAvf测量值理论值-215.09-7.545-10-0.5 5.206-10.412-100.5-5.147-10.294-102-13.56-6.780-10实验结果分析：当Vi较小，并未超出运放的线性工作区，所以放大倍数与理论值相差很小，误差分别为5%以内。但当输入达到2v达到或超过了运放的线性工作区的拐点，出现放大倍数的失真，误差比较大达到了40%，所以适当选择参数电阻值和输入电压才能保证运算放大器工作在线性区。(III) 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。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b） 交流反相放大电路实验测量数据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0.2-2.081khz-10.4-10实验结果分析：此输出不失真，对于交流信号，运放同样具有放大作用，但要注意使在运放的线性工作区内.(IV) 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。正电源电压（V）负电源电压（V）正最大不失真输出电压（V）负最大不失真输出电压（V）15-1514.9-13.1实验结果分析：当电源电压为15v时，正负不失真电压应该比电源电压小1至2伏特，表中数据符合实际情况。 (V) 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（请在图中标出斜率和转折点值）上转折点（-1.5,15）下转折点（1.3，-13）斜率k=-10b) 实验结果分析：上图中拐点电压，即为区分放大器工作在线性区与非线性区的电压。在线性工作区，放大器的放大倍数与理论值相差很小，在非线性区则不然。(VI) 电源电压改为12V，重复(III)、(IV)，并对实验结果结果进行分析比较。a） 自拟表格记录数据输入信号频率为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。正电源电压（V）负电源电压（V）正最大不失真输出电压（V）负最大不失真输出电压（V）12-1211.9-10传输特性曲线图：上转折点（-1.19,10.5）下转折点（1.05,-13.5）斜率k=-10.7b) 实验结果分析：当把电源电压改为12v时，由图可以知道，图形的斜率并没有发生改变，只是拐点变小了，这是由于线性区变窄了。2、设计电路满足运算关系 Uo=-2Ui1+3Ui2（预习时设计好电路图，并用Multisim 软件仿真),Ui1 接入方波信号，方波信号从示波器的校准信号获取（模拟示波器Ui1 为1KHz、1V（峰峰值）的方波信号，数字示波器Ui1 为1KHz、5V（峰峰值）的方波信号），Ui2 接入5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，用示波器观察输出电压Uo 的波形，画出波形图并与理论值比较。实验中如波形不稳定，可微调Ui2 的频率。a）电路设计b) 双踪显示输入输出波形图d) 实验结果分析：当带有负反馈时，运放工作在线性区，此时参数很接近理想值。由于理想运放开环差模电压增益无穷大，当输入电压为有限值时，差模输入电压为0.五：实验思考题1、理想