模拟电路实验(物理学院)

1、模拟电路实验河北大学电子信息工程学院2014年2月实验一 直流稳压电源一、目的1. 熟悉直流稳压电源的组成及各部分电路的工作原理2. 学习稳压电源主要技术指标的测量3.了解集成稳压电路的应用二、预习要求1. 阅读本实验的原理和实验内容及教材中的有关内容，熟悉直流稳压电源的各部分工作原理及主要性能指标的定义、测量方法2. 分别由式(1-1).式(1-2).式(1-4).式(1-5)估算半波整流，桥式整流和桥式整流电容滤波电路，型滤波电路输出直流平均电压O(AV)三、实验原理和实验电路直流稳压电源是把交流电压变为稳定的直流电压，为电子设备提供能量的装置小功率稳压电源通常由变压、整流、滤波、稳压四部

2、分电路组成1. 整流电路整流电路是利用二级管的单向导电性将交流电变为单向脉动的直流电压。常用的整流电路有半波整流，全波整流的和桥式整流。图1-1（a）和图1-2(a)分别为半波整流和桥式整流电路.在图1-1(a)所示的半波整流电路中,当U2为正半周时,二级管D正偏而导通,负载RL中有电流流过,当U2为负半周时,二极管D反偏而截止。所以,整流电路的输出波形如图1-1(b)所示. （a） （b）图1-1 半波整流电路和输出波形在图中1-2（a）所示的桥式整流电路中，当U2为正半周时D1、D3导通D2、D4截止，U2负载半周时D2、D4导通，D1、D3截止，所以U2的正负半周均有电流流过负载RL，其

3、输出电压波形如图1-2（b）所示.。 （a） （b）图1-2 桥式整流电路和输出波形衡量整流电路性能的指标之一是输出电压的平均值，其定义为整流输出电压UO在一个周期内的平均值，即 对于半波整流电路， （11）对于全波整流电路， （12）式中：U2是整流电路输入正弦交流电压的有效值。衡量整流电路性能的另一个指标是脉动系数S，其定义为整流输出电压的基波幅值U01m与平均值U0(AV)之比，即对于半波整流电路，对于桥式整流，但是，在实际中为了便于测量，经常用纹波因数来表示整流输出脉动的大小，其定义为输出U0中交流分量的总有效值与平均值之比,即 （13）2. 滤波电路 整流只是将交流变成了单向脉动直流

4、，要想得到平滑直流还要有滤波措施。滤波是利用电感、电容储能元件实现的，在小功率直流电源中常见的是用电容滤波。电容滤波是利用电容器两端电压不能突变的特点，将电容C和负载RL相并联，从而使输出波形基本平滑。桥式整流电容滤波如图1-3（a）所示。 （a） （b） 图1-3 桥式整流电容滤波电路和输出电压波形设t=0时，接通电源，U2的正半周使D1、D3导能，对电容C充电，由于二极管导通内阻很小，所以很快使电容C充至峰值，峰值过后，,原来导通的二极管D1、D3变为截止，电容C向RL放电，电容C上的电压由峰值逐渐减小，直至U2的负半周D2、D4正偏导通，再次向电容C充电，周而复始，在负载RL上便得到如图

5、1-3（b）所示的输出电压波形（忽略二极管内阻影响）。电容滤波输出电压的平均值U0(AV)与RL中电流的大小有关，对桥式整流，电容滤波电路，一般可按下式估算： （14）脉动系数与RLC时间常数有关；对于桥式整流，电容滤波，一般可近似为其中T是电网交流电压的周期。可见RL、T一定时，C越大，脉动系数越小。若要进一步减小纹波因数，可采用多级滤波的方法，如图1-3所示电路中再增加一级RC低通滤波，便可得到如图1-4所示的RC型滤波电路。图1-4 RC（）型滤波电路其输出直流平均值为： （15）脉动系数： 式中：S1为只有C1时的脉动系数，。3.稳压电路滤波以后虽然纹波因数大大减小，但输出电压还不够稳

6、定，主要是当负载电流或电网波动时，输出电压会随之发生变化。为此还需要加稳压措施。在小功率的直流稳压电源中常用稳压电路有硅稳压电管稳压电路，分立元件的晶体管稳压电路(或晶体管与运算放大器兼有的)和集成稳压电路。目前因为集成稳压电路具有使用方便、性能稳定、价格低廉、已基本取代了分立元件组成的稳压电路。所以实验 图15 LM7800中选用了应用最为广泛的W7800系列集成稳压器做稳压电 的外形及管脚排图路。 W7800系列是固定正电压输出的三端集成稳压器，型号中后两位数字表示其输出电压值。如W7805，输出电压为+5V，W7815，输出为+15V，以次类推。该系列输出的最大电流为1.5A。要求输入与

7、输出端的最小电压差为2V。图15是塑封LM7800三端稳压器的外形图及管脚排列图。“1”脚为输入端，“2”脚接公共端(地)，“3”脚为输出端。该集成稳压器内部，除包含有分立元件组成的串联型稳压电路的取样、比较放大、基准电压、调整等四个基本组成部分外，还有过流过热和安全区保护等。由三端稳压器和桥式整流，电容滤波组成的直流稳压电源如图16所示。图1-6 直流稳压电源4.稳压电路的主要技术指标 稳压系数Sr它定义为在负载固定时输出电压的相对变化量 与输入电压的相对变化量 之比，即 （16）UI指整流滤波后的直流电压。稳压系数反映了网电压波动对输出电压的影响。由于工程上常把电网电压波动±10

8、%做为极限条件，所以只要测量出网电压分别为198V、220V、242V时对应的整流滤波后的直流电压UI和直流电源的直流输出电压U0，便可计算出稳压系数Sr。 稳压电路内阻R0稳压电路内阻定义为稳压电路输入电压UI不变时，负载电流的变化I0对输出电压的影响，即 (17)稳压电路的内阻反映了稳压电路的负载特性。只要固定UI不变，分别测出空载时(RL= )的U0和负载电流为额定值时的输出电压UOL便可根据 （18）计算出R0。 纹波因数稳压电路的纹波因数是指稳压电路输出的纹波电压与输出的直流电压U0的比值，即 （11-9）四、实验仪器1.示波器 一台；2.交流毫伏表 一台；3.调压器 一台；4.摸电

9、实验箱 一台；5.数字万用表 一块；五、实验内容： 整流电路的观测：(1) 按图1-1（a）和1-2（a）分别连接半波整流、桥式整流电路，检查无误后，将调压器调至零位，然后接通电源。(2) 调节调压器，使变压器次级电压U2=15V，用数字万用表直流电压档测量输出电压平均值U0(AV)，用毫伏表测量输出端的纹波电压。计算出纹波因数 。(3) 用示波器观察整流后的输出波形。将结果填入表11中。表11U2电路形式U0（AV）输出波形测量值计算值15V半波整流15V桥式整流 C型、RC型滤波电路的观测（1）断开电源，如图13（a）和14分别连接C型、RC型滤波电路，检查无误后接通电源。（2）测量C型.

10、RC型滤波电路输出直流电压Uo(AV),纹波电压，计算出纹波因数。（3）用示波器观察输出端的输出波形。（4）将图13（a）中的C=220F 改为1000F，将图1-4中的C1、C2由原来的220F改为1000F、重复上述的（2）、（3）。将结果填入表12中。表12U2电路形式电容数值U0（AV）输出波形测量值计算值15VC型C=220FC=1000F15VRC型C1=C2=220FC1=C2=1000F 稳压电路主要指标的测量 按图16连接直流稳压电源，检查无误后接通电源。 调节调压器，用万用表测出调压器输出交流电压U1=220V，用数字万用表分别测量稳压电路的输入电压UI和输出电压Uo。将结

11、果填入表13中。 测量稳压系数Sr调节调压器，模拟电网电压波动，使调压器的输出电压U1分别为198V、242V、用数字表测出与之对应的稳压电路的输入电压UI和输出电压Uo,按式（1-6）计算出Sr。将结果填入表13中。表13测量与计算网电压U1（V）U2（V）Sr198V220V242V 测量稳压电路的内阻Ro调节调压器使U2=15V，分别测量稳压电路空载（RL= ）时的输出Uo和RL=220时的输出UOL，按式（18）计算Ro。 纹波电压的测量在U2=15V，RL=220正常的情况下，用毫伏表测出稳压电路输出的纹波电压，按式（19）计算纹波因数 。六、注意事项1.在实验电路改接时，一定要首先

12、切断电网电压。2.切不可用双踪示波器同时观测变压器次级电压U2和整流滤波后输出电压Uo的波形。3.电解电容极性不能接错。七、实验报告1.整理实验数据，填写好每个表格。 2.总结各种整流电路，滤波电路及稳压电路的特点。实验二 单级放大器放大特性研究一、实验目的1、学习单级放大器静态工作点和电压放大倍数的测试方法。2、观察偏置电阻对放大电路静态工作点的影响，以及工作点的变化对波形失真的影响。3、观察电压放大倍数与电路参数的关系。4、学习常用电子仪器的使用方法。二、预习要求 1、认真阅读本实验原理和内容，熟悉共射放大电路工作原理及电路元件的作用。2、复习信号源、毫伏表、示波器、万用表、数字表的使用。

13、3、思考题 在放大电路中电解电容的极性应如何接？ 测量Rb的阻值时，不断开Rb与电路连接一端行吗？为什么？ 图21所示的三种波形对于NPN管来说属于那一类型的失真（饱和失真还是截止失真？原因是什么？如何克服？）（a） (b) (c)图21 放大器输出的失真波形 在测量电压放大倍数Au时，输入信号电压Ui用信号发生器开路测得的值与信号源输出端接入实验电路后测得的值有什么不同？在什么条件可以近似地看成一样？应使用哪一个是严格的？三、实验原理和实验电路1、静态工作点的调整图22是单级阻容耦合放大器的原理图；图23是晶体管一输出特性曲线，图中线段AB为直流负载线。放大器在没有输入信号时的工作状态称为静

14、态。静态时，当放大器的偏置电阻Rb为确实值时，其基极电流I B，集电极电流IC和集电极与发射极之间的电压UCE都有确定的值，它们在图23所示晶体管输出特性曲线上对应着一个点Q，这个点就叫做放大器的静态工作点。由图22可得： （21） (22) （23）当晶体管的电流放大系数 ß以及电路参数VCC和RC给定以后，放大器的静态工作点就只由偏置电阻Rb来决定，它们存在着一一对应关系，当Rb改变时，Q点跟着变化。 图22 单级交流放大器图2-3 静态工作点对输出波形的影响由于基极电流IB数值一般很小，不便观测，所以调整静态工作点往往用调Rb测集电极电流IC的办法（或测集电极电位UC，计算）。

15、只要IC取值恰当，使工作点在晶体管的放大区，如图23Q点，电路便正常放大。当输入幅值不太大的正弦信号电压时，输出也为正弦电压，且无削波失真。若工作点选得偏高，如图23“Q'”点，当输入大小相同的正弦信号时，输入波形的正半周将有一部分工作点进入饱和区，使输出电压波形的负半周出现如图21（a）所示的削波失真，这种失真为饱和失真，也叫底部失真。当工作点选得偏低时，如图23“Q''”点，当输入大小相同的正弦信号时，输入波形的负半周工作点有一部分进入截止区，使输出电压波形的正半周出现如图21（b）所示的削波失真，这种失真为截止失真，也叫顶部失真。当Q点处于放大区，若当信号幅度成相

16、对比较大时，也会出现如图21（c）所示的失真。2、电压放大倍数AU的测量电压放大倍数表示放大器对信号电压放大能力的一个技术指标，其定义为： (24)其中，U0、Ui分别为输出，输入正弦信号电压的有效值。而由交流毫伏表测出的就是正弦交流电压的有效值，所以只要给放大器输入一个频率在放大器通频带范围之内的正弦电压信号，在输出波形不失真时用毫伏表测量输入和输出信号电压的有效值，便可由（24）式计算出放大器的电压放大倍数Au。在中频段图22电路的电压放大倍数与电路参数的关系为： （25）其中，RL是放大器输出端所接的负载电阻，rbe是晶体管的输入电阻，其估算公式为： （26）式中的为晶体管的基区体电阻，

17、对于低频小功率管300，IE 为晶体管的发射极电流，单位为mA。不难看出，当RC、RL和IE改变时，AU也要随之改变。实验电路及电路参数如图24所示电路参数:T:3DG6=40+VCC=+12VRW=1MRbo=47kRC=2k C1=C2=10µF 图2-4 实验电路图四、实验仪器1、模拟电路实验箱 一台；2、示波器 一台；3、信号源 一台；4、DF217B双路交流毫伏表 一台；5、数字万用表 一块。五、实验内容1、 按图24所示的实验电路在模拟电路实验箱上连接电路。（注意：连接电路前先关断电源再接线）。2、 观察Rb对静态工作点及输出波形的影响。（1）测量电路在放大状态时的静态工

18、作点。检查电路无误后，接通电源，慢慢调节电位器RW，在集电极电压UC分别为8V、6V的情况下，测量基极对“地”电压UB（用数字电压表测量）和偏置电阻Rb的值，由Rb和UB算出Ib、Ic和值，填写表21。表21Rb（k）UC（V）UB（V）由测量结果计算IB（A）Ic（mA）86（2）观察静态工作点设置不当造成放大器输出波形的失真a. 在RC=3k，RL=情况下，给放大器输入f=1kHz,Ui=5mv的正弦交流信号，然后调节RW减小Rb的阻值（即UC减小）至输出波形刚刚出现底部削波失真时止，测出集电极的电位UC，算出IC，画出失真波形，填写表22。b. 在Rb不变时（即保持上一步中，使输出波形刚

19、刚出现底部削波失真时的Rb大小不变），将RC由3k改为2k，观察输出波形的变化，测出集电极的电位UC算出IC，画出波形，填写表22。c. 调节电位器RW使Rb阻值最大（即UC最大），再由小到大逐渐增加输入信号电压Ui，至输出波形出现顶部削波失真，测出输入信号Ui、集电极的电位UC，算出IC，填入表22。表22RC（k）RL（k）UC（V）IC（mA）Ui（mV）输出波形工作状态减小35不变25最大23、观察Rb、RC、RL对电压放大倍数的影响 观察Rb对电压放大倍数的影响a. 在RC =2 k时，调节电位器RW使UC=8V，（IC=2mA），输入f=1kHz,Ui=5mV的正弦交流信号，用示波

20、器观察输出波形，在波形不失真的情况下，用交流毫伏表测量输出电压，计算电压放大倍数，填入表23。b. 保持RC、RL不变调节RW使UC由8V变为6V（即IC由2 mA增大到3mA）,测量输出电压，计算放大倍数Au，填入表23。 观察Rc对电压放在倍数的影响将Rc由2 k改为3 k，调节Rw使Uc为6V（即IC =2mA），输入f=1kHz，Ui=5mV正弦交流信号，测出。算出Au，并与Rc=2 k时的情况下比较。填入表23。 观察RL对电压放大倍数的影响 保持静态工作点不变，在Rc=3k，放大器的输出加上RL=3 k负载电阻，然后输入f=1kHz，Ui=5mV正弦信号，在输出波形不失真的情况下，

21、测出。算出Au，并与空载（即RL= ）时相比较，填入表23。表23RL（k）Rc（k）UC（V）Ui（mV）28526536533654、 用示波器观察输入、输出波形的相位关系按图24连接电路，在UC=8V情况下，输入f=1kHz，Ui=5mv的正弦交流信号，示波器功能开关置于“断续”，示波器探极Y1接放大器的输入端，示波器探极Y2接输出端，先调节示波器的灵敏度开关使波形高度适中，再调节“触发电平”旋钮使波形稳定，观察并记录输入，输出波形的相位关系。六、实验报告要求 整理测量数据记录表； 说明Rb对静态工作点和输出波形的影响； 总结为了提高电压放大倍数Au，应采取什么措施？ 回答预习思考题。实

22、验三 单级放大器的幅频特性和输入输出电阻的测量一、实验目的 1、学习放大器幅频特性曲线和上、下限截止频率的测量方法。2、了解射极旁路电容，负载电容和集电极电阻对幅频特性的影响。3、学习对放大器输入电阻和输出电阻的测量方法。二、预习要求 1、认真阅读本实验的实验原理、实验内容，弄清放大器频率特性的概念。 2、怎样测量放大器的频率特性，测量时应注意哪些问题。 3、思考题： 若RS=50，=300，试估算图33所示实验电路的上、下限截止频率fH、fL。 测量时示波器的输入电容对幅频特性有何影响？ 设晶体管的电流放大倍数 ，=300, =2mA,=50,试对图33所示电路的电压放大倍数、输入电阻、输出

23、电阻进行理论估算。三、实验原理和实验电路 1、放大器的幅频特性 实际放大器输入信号通常是由许多不同频率成分组合而成的复杂信号，由于放大器中一般都有晶体管和电抗元件，因而使其对不同频率信号的放大效果不完全一致，我们把放大器对不同频率的正弦信号的稳态响应称为频率响应。放大器的频率响应可直接由放大器的电压放大倍数对频率的关系来描述，即：式中表示电压放大倍数的模与频率f 的关系，称为幅频响应或幅频特性，阻容耦合放大器的幅频特性曲线如图31所示。由图可见，在中间较宽的频率范围内，放大倍数最大，且 图31 阻容耦合放大器的幅频特性基本不变，记为称为中频电压放大倍数，当频率高于或低于这个频率范围，随信号频率

24、上升或下降，放大倍数都要下降，当下降到时所对应的频率fL、fH分别叫做放大器的下限截止频率和上限截止频率，二者之差称为放大器的通频带，fbW表示，即。（1）影响下限截止频率fL的因素图32是一级阻容耦合放大器，由电路不难看出，随信号频率的降低，耦合电容C1、C2和旁路电容Ce的容抗增大，C1、C2对信号衰减作用加强；而Ce对信号的旁路作用减弱，负反馈加强；这都导致放大器倍数降低。图32 单级阻容耦合放大器放大器的下限频率为：式中L分别为1、C2、3构的回路时间常数，对于图32电路它们分别为：其中： 时间常数L越大，fL越小，即放大器的低频响应越好。当其中某一个时间常数远小于其它的时间常数时（一

25、般相差四倍以上），则由该时间常数决定的下限频率最高，可取其作为放大器的下限频率。 由于Ce在射极电路里，流过它的电流是基极电流的（1+）倍，它对放大器下限频率的响应更为重要，所以Ce取值更大一些，一般在低频范围内1C2（520）F，Ce=(50200) F。（2）影响上限截止频率fH的因素：在高频端1、C2、e的容抗比中频段更小，可看成短路，所以这一类电容对高频端不起作用。但是，电路的接线分布电容、负载电容和晶体三极管的极间电容都可等效为并联在放大器的输入、输出回路上，随信号频率的升高，其容抗减小，对信号的分流作用增大，使高频电压放大倍数下降。放大器的上限截止频率为： 式中H分别为等效输入电容

26、、输出电容构成的回路时间常数，H越小，fH越大，即放大器的高频响应越好。当其中某一个时间常数远大于另一时间常数时，（一般在四倍以上），则由该时间常数决定的上限频率可作为放大器的上限频率。当负载电容CL主要影响上限频率时，则式中： 2、幅频特性的测量 实验中采用逐点法测量放大器幅频特性。仪器的连接与实验二中测量放大器的Au相同，为了便于观察、比较放大器放大倍数随输入信号频率的变化，测量时保持放大器的输入信号Ui大小不变，逐渐改变输入信号的频率，测出与不同频率相对应的输出电压值，从而计算出电压放大倍数。由测量的数据，便可绘制出幅频响应曲线。具体实验电路如图33所示。（电路参数如图所示）图333、放

27、大器输入电阻和输出电阻的测量方法 输入电阻的测量方法：图34 输入电阻的测量原理图测量原理如图34所示，在放大器和信号源之间串入一个已知阻值R，调整信号发生器的输出，使示波器显示不失真的波形，用交流毫伏表测出和即可求得放大器的输入电阻。 （31） 输出电阻的测量方法：图35 输出电阻的测量原理图测量原理如图35所示，先不接负载电阻RL，调整信号源的输出，使示波器显出不失真的波形，用交流毫伏表测出输出开路电压；然后接上负载电阻RL，保持原输入信号电压的大小不变，测出带有负载RL的输出电压则有： 所以 （32）实验电路如图33所示。四、实验仪器：同实验二。五、实验内容 幅频特性的测量1、在模拟电路

28、实验箱中用所给元件连接图33所示的实验电路，检查无误后接通电源调整Rw，使IC=2mA。2、测量放大器的上限截止频率fH和下限截止频率fL,测量方法如下：将信号源接至放大器的输入端，调整信号源的频率为放大器中频段某一频率（f=10kHz），逐渐由零增大输入信号电压Ui。使放大器的输出电压Uom=1V(用毫伏表1V档)，用示波器观察输出不失真时，用交流毫伏表测出与此对应的输入电压Ui值。 去掉示波器维持Ui大小不变，逐渐升高输入信号的频率，直到放大器输出电压U0下降到中频段电压Uom的时止，即V，此时信号源的频率即为放大器的上限截止频率fH。将输入信号频率调回到中频段（如f=10kHz），使放大

29、器的输出电压Uom=1V，维持Ui大小不变，逐渐降低信号频率，直到放大器输出电压达到：V此时信号源的频率即为放大器的下限截止频率fL。3、逐点测量幅频特性给放大器输入f=10kHz，Ui=5mV的正弦信号，测出Uom值，在Ui不变情况下，逐渐升高频率（选择频率取整数倍）测出与不同频率对应的输出Uo值，直至ffH一定范围。（测试频率点应包括所对应的频率ffH点。）表31 Ui=5mV Uom=？f(kHz)10kHzUO（V） 将输入信号频率调回到f=10kHz，Ui=5mV，维持Ui不变，逐渐降低信号频率，并逐点测出与不同频率对应的Uo值，直至ffL一定范围（包括值所对应频率ffL一点。）将测

30、试结果填入表3-1。4、研究射极旁路电容Ce，负载电容CL和集电极电阻Rc对fH和fL的影响 （1）观察射极旁路电容对fH、fL的影响： 在图33电路中，给Ce再并联一个47F电容，测放大器的上、下截止频率fH和fL，填入表32。（测量方法按2中的方法） （2）观察负载电容对fH、fL的影响。在图33电路中，给 RL上并联100PF的电容，测出放大器的上、下限截止频率fH和fL，填入表32。（3）观察RC对fH、fL的影响。在图33电路中，将RC由2k改变为3k，测出放大器的上、下限截止频率fH和fL，填入表32。 表32 UO=1V电路参数 输入、输出电阻的测量 输入电阻的测量 测量原理如图

31、34，在RL =2.2k 时，在放大器的输入端和信号源出端之间串联电阻R=1k，调节信号源的输出电压，使Ui=5mv，f=1kHz，在波形不失真的情况下，测出Us，代入式（31）算出Ri。再将RL改为3k ，重复以上测量，将测量结果填入表33。表33电路形式共射2.2153 输出电阻的测量去掉串接R=1k电阻，在RL= ，Ue=2V(即=2mA )情况下，如图35那样，给放大器入f=1kHz的正弦信号，调节信号源的输出电压，使=100mv，同时观察输出波形应不失真，然后加入负载电阻RL=3 k，保持不变的情况下，测出，代入式（32），算出,填入表34。将RC由2k改为3K，重复以上测试。填入表

32、34。 表34 UO=100mV电路形式UOL（mV）共射223六、注意事项 1、在测量fH、fL和幅频特性时要始终用毫伏表监测输入电压Ui值，使其大小保持不变，尤其当信号源“频率范围”换档时更须注意。2、测量幅频特性时，选择频率点要恰当，在放大器倍数变化较小的中频段可少测几点，而放大倍数开始下降的附近多测几点，这样即可保证测量精度，又可提高测量速度。七、实验报告要求 1、列表整理测量数据，计算电压放大倍数，以lgf为横坐标Au为纵坐标，在坐标纸上画出放大器的幅频特性曲线。2、说明Ce、CL、Re对放大器fH、fL的影响。3、对实验结果进行分析，说明共射极电路的特点。实验四 运算放大器信号运算

33、电路一 、实验目的：1、 掌握运算放大器工作于线性区的特点，加深对运算放大器基本性质的理解。2、 熟悉由运算放大器组成的反相比例运算电路、电压跟随器、加法器、减法器和积分电路的构成，以及它们的运算关系。二、预习要求：1、阅读本实验的实验原理，复习反相比例、电压跟随器、反相求和、减法器、积分器的工作原理，写出上述电路的函数关系式。2、按图53设计一个反相求和电路，使其满足10（），计算电阻、，已知100。按图54设计一个减法电路，使其满足，已知10，计算、。三、实验原理和实验电路在分析运算放大器信号运算电路时，必须掌握运算放大器工作于线性区的特点，运算放大器的开环放大倍数是很高的，一般运放的开环

34、差模增益都大于80dB（即放大倍数以上），所以要使运放工作于线性区必须引入深反馈，以减小两个输入端的净输入电压，也就是说运放工作于线性区时同相输入端与反相输入端的电压接近于零，即U+U-，运放工作于线性区的这一特点简称“虚短”，即不是真正短路。又因运放的输入电阻很高（晶体管组成的运放大于2M，场效应管组成的运放大于 M），所以运放两个输入端的电流可视为零，即0，0，这是运放工作于线性区的第二个特点，称为“虚断”。掌握了运放的这两个特点，分析运算放大器信号运算电路就十分简便。1、反相比例运算电路反相比例运算电路如图51所示，输入信号经由反相端输入，输出电压经反馈到运放反相输入端，运放同相端经接地

35、，为使同相端与反相端对称，/。由图可以看出0，根据“虚短”的特点，0，称为“虚地”，所以，。再根据“虚断”的特点，0便可得到反相比例运算电路的运算关系式： （51）式中负号表示输出电压与输入电压相位相反。反相比例运算放大器是电压并联负反馈电路，所以其输出电阻很小，带负载能力强，其输入电阻也小，通常认为Ri。由于为虚地，因此运放输入端的共模输入电压极小，主要取决于电阻和之比，与集成运放无关，只要和的阻值精确，就可以得到准确的比例运算关系。图51 反相比例电路2、电压跟随器电压跟随器电路如图52所示。根据虚短和虚断的概念，可得：，此式说明输出电压与输入电压大小相等，相位相同，故称之为电压跟随器。电

36、压跟随器是一个深度电压串联负反馈电路，因此它具有运算精度高，输入电阻大，输出电阻小的特点，它能将输入信号真实的传递给负载而向信号源索取的电流极小，在电路中常用作缓冲级。图52 电压跟随器3、反相求和电路反相求和电路如图53所示，根据虚短和虚断的概念可得图53的运算关系： I1+I2=If图53 反相求和电路在等于时： （52）由式52可以看出，在时输出电压与、之和成正比，其比例系数为。电阻/。反相求和电路的特点与反相比例运算放大器相同，当调节某一路输入信号的输入电阻（或）时，不影响其他输入电压与输出电压的比例关系。4、减法运算集成运放组成的减法电路如图54所示，输入信号和分别通过和加到了运放的

37、反相端和同相端，输出电压经反馈到反相输入端。根据图54可得：由可得：若电路中，则： （53）图54 减法运算电路由式53可以看出输出电压与两个输入信号间的差值（）成正比，故称为差值放大器，或减法器，减法器对元件的对称性要求较高，元件失配将带来较大的误差，而且将产生共模输出电压。5、积分电路积分电路如图55所示，与反相比例运算电路相比较，只是把反相比例运算电路中的反馈电阻换成了积分电容C，与积分电容并联得电阻R是运算放大器的直流反馈电阻，以稳定工作点，输入信号经加到运放的反相输入端，积分电路的输出电压与输入电压成积分关系。 图55 积分电路根据“虚短”和“虚断”的概念：，因此积分电流与Ui是线性

38、关系，将代入上式可得：是时刻C两端的电压，若时刻上电压为零则上式为：如果给积分电路输入如图56（a）所示的幅度为的方波，当1V时，则输出电压随时间线性增长；当1V时，随时间线性下降，因此方波通过积分电路后变换为图56（b）所示的三角波，三角波的幅值为： （54）由上式可以看出输出三角波幅值与输入信号的幅值以及周期T成正比，与时间常数成反比。积分电路的误差主要是由电容和运放不够理想引起的。四、实验仪器模拟电路试验箱 一台；数字万用表 一块；信号源 一台；毫伏表 一台。五、实验内容1、反相比例运放放大器（1）按图51连接实验电路，检查无误后闭合电源开关。（2）输入1kHz，20120mV的正弦交流

39、 图56 积分电路输入方波时的输出波形信号，用毫伏表测量，将测量结果记入表51，并计算出。 表51Ui（mV）2040608010120UO（mV）UO/ Ui 由测量结果得出运算关系式，并说明误差的性质和产生误差的主要原因。2、电压跟随器（1）按图52连接实验电路，检查无误后闭合电源开关。（2）输入0.3V、1V、2V、3V的直流信号，用数字表测量输入电压UO，记入表52中，并计算UO/Ui。表52Ui（V）0.3123UO（V）UO/Ui（3）由测量结果得出结论，并说明产生的原因。3、反相求和电路(1)设计一个反相求和实验电路，使10（+）取100k，画出实验电路。（2）连接实验电路，检查

40、无误后，接通电源。（3）输入0.2V， 0.3V的直流信号，测量输出电压4、减法运算(1)设计一个减法运算电路，使（取=10 k），画出实验电路。（2）连接实验电路，检查无误后，接通电源。（3）输入2V，3V的直流信号，测量输出电压，说明产生误差的主要原因 。5、积分电路（1）按图55连接电路，检查无误后接通电源。（2）给实验电路输入f1kHz、幅值2V的正弦波，用示波器观察记录输出波形，并测量其幅值及输出、输入波形的相位差。（3）输入f1kHz、幅值2V的方波，观察并记录输入、输出波形。测量输出波形的幅值，并记入表53。表53f（kHz）120.5Uim（V）222Uom（V）（4）调节信号

41、源的频率，在方波信号的频率分别为2kHz和500Hz时，测量输出三角波的幅值,将测量结果记入表53中。六、实验报告要求整理实验数据，填写给记录表格，分析产生误差的原因。实验五 电压比较器、方波、三角波发生器一、实验目的1、加深对电压比较器的理解，学习阈值电压的测量方法。2、掌握集成运放在波形发生器中的应用，学习频率的测量方法。二、预习要求1、认真阅读本实验的实验原理及教材中的有关内容，熟悉滞回比较器、方波三角波发生器的工作原理。2、在给定的图63所示电路中，计算4V时，输出发生跳变时的输入电压。3、根据图65所给电路参数，设，计算三角波的幅值及频率。三、实验原理和实验电路1、 电压比较器电压比较器是使输入的模拟电压Ui与参考电压UR相比较，当集成运放两