北航-电子实习-模拟部分-实验报告试验4

仪器科学与光电工程学院电子实习A2模拟部分实验报告实验四:集成运算放大器应用2012/5/12

目录一、 实验目的 2二、 实验结果 21） 实验电路 22） 示波器观察放大倍数 23） 分析参考电压与输出直流信号的关系： 54） 分析温度漂移特性： 65） 搭建积分器，微分器，射随器电路： 7A） 积分器 7B） 微分器 9C） 射随器: 106） 搭建减法器： 11三、 问题回答 12（1） 大信号放大的特性与小信号放大特性的区别？ 12（2） 运放的重要指标有哪些？ 12（3） 运算放大器AD817本身的输入输出电阻是多少？对于整体运放电路，输入输出电阻如何估算？ 12（4） 运放的温度漂移特性如何，并试回答原因何在？ 12（5） 请分析并总结仿真结论与体会。 13图表目录TOC\h\z\c"Figure"Figure1实验电路 2Figure2反馈电阻Rf=1kohm 4Figure3反馈电阻Rf=2kohm 4Figure4偏置电压和输出饱和值 5Figure5积分器正弦输入 7Figure6积分器正弦波输入电路 8Figure7积分器方波输入 8Figure8积分器方波输入电路图 9Figure9微分器输出波形 9Figure10微分器电路结构 10Figure11射随器输入输出波形 10Figure12射随器输入输出数值 11Figure13射随器结构 11Figure14减法器结构及输出电压 11实验四:集成运算放大器应用实验目的了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点；了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。掌握集成运算放大器的正确使用方法；掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法；掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法，并会计算相应的元件参数；学习使用示波器DC、AC输入方式观察波形的方法，掌握输出波形的测量绘制方法。实验结果实验电路根据实验要求，画出实验电路图如下所示FigureSEQFigure\*ARABIC1实验电路示波器观察放大倍数由图可知，根据放大倍数的计算，对交流信号的放大倍数为1，且输出落后输入半个周期。由电路参数可以计算，输入输出电压关系为：，此处U1=VDD，U2=V2，以下通过改变反馈电阻的方式进行测量计算原理相同。*对输入输出都利用交流档，滤去直流成分FigureSEQFigure\*ARABIC2反馈电阻Rf=1kohm*利用公式计算可以得到，对VDD（直流）放大倍数为1，对V2（交流）放大倍数为1，测量结果与计算值相符。*利用探针功能分别在输入（交流）输出端测量FigureSEQFigure\*ARABIC3反馈电阻Rf=2kohm*利用公式计算可以得到，对VDD（直流）放大倍数为1.5，对V2（交流）放大倍数为2，测量结果与计算值相符。*利用探针功能分别在输入（交流）输出端测量分析参考电压与输出直流信号的关系：FigureSEQFigure\*ARABIC4偏置电压和输出饱和值利用parametersweep分析功能，选择偏置电压VCC和VSS在5v至18v见变化，分析饱和直流输出电压与偏置电压关系，可以看到，饱和直流输出电压始终小于偏置电压，且随偏置电压增大而增大。利用parametersweep分析功能，固定偏置电压在+/-15v，改变直流电压输入在值，观察输出电压与直流输入电压的关系。FigureSEQFigure\*ARABIC5输出电压与直流输入电压关系从结果可以看到，在该电路条件下，输出随着输出线性增大，输出达到最大值约13.7V时，即使输入继续增大，输出电压也不再增加。分析温度漂移特性：利用温度扫描功能，在-40度至85度间间隔30个点对电路进行温度扫描分析；由结果可以看到，随温度的改变，电路输出几乎完全重合，说明该运放电路的温度特性非常好。搭建积分器，微分器，射随器电路：积分器FigureSEQFigure\*ARABIC6积分器正弦输入FigureSEQFigure\*ARABIC7积分器正弦波输入电路通过示波器可以读出，A通道（幅度较小波形）输出信号199.9963ms，B通道（幅度较大波形）输入信号202.5109ms，差2.5146ms，由于周期为100hz=10ms，故输出落后输入90.5度。FigureSEQFigure\*ARABIC8积分器方波输入FigureSEQFigure\*ARABIC9积分器方波输入电路图在不改变电路结构的前提下，将正弦信号波形改为方波型号波形，此时积分器其可将相应方波变换成锯齿波，此时锯齿波质量和幅度与反馈电容大小有关。微分器FigureSEQFigure\*ARABIC10微分器输出波形FigureSEQFigure\*ARABIC11微分器电路结构射随器:FigureSEQFigure\*ARABIC12射随器输入输出波形FigureSEQFigure\*ARABIC13射随器输入输出数值FigureSEQFigure\*ARABIC14射随器结构射随器即为放大倍数为1的运算放大电路，在输出端电压相对输入端呈现很好的电压跟随特性，由波形及探针实测可以看到，输入输出电压值完全相同，但考虑到运算放大器输出特性，电路处在负反馈部分，此时输出落后输入半个周期。搭建减法器：FigureSEQFigure\*ARABIC15减法器结构及输出电压如图所示，，由此可得，，由图示结果验算后符合。在电路图中V2=3V，V1=2V，Rf=4kohm，最终输出直流电压为504.606mV，理论值为500mV。问题回答大信号放大的特性与小信号放大特性的区别？答：对大信号时，需要考虑运放转换速率SR，若超出运放工作速度范围，则输出电压会出现失真，只有在范围内，输出电压才能按照线性变化，对小信号，一般不需要考虑转换速率SR的问题，即认为小信号速率，始终满足SR的要求，同时，随着频率的增大，实际转换速率也会增大，故一般大信号下运放带宽比小信号窄。运放的重要指标有哪些？答：开环差模增益，共模抑制比，差模输入电阻，输入失调电压及其温漂，输入失调电流及其温漂，输入偏置电流，最大共模输入电压，最大差模输入电压，-3DB带宽，单位增益带宽，转换速率。运算放大器AD817本身的输入输出电阻是多少？对于整体运放电路，输入输出电阻如何估算？查阅相关数据文档，可以找到AD817对应输入电阻为300kohm；对整体运放电路，可以采用虚短、虚断特性估计输入电阻，即从电路输入端和地之间看进去的等效电阻等于输入端与虚地之间看进去的等效电阻，所以信号输入电阻等于信号输入端与放大器反相输入端间电阻的阻值。输出电阻：对理想集成运算放大器输出电阻，可认为，若由运放输出端直接输出，输出电阻为0运放的温度漂移特性如何，并试回答原因何在？答：由实测，对运放电路，随着温度的改变，输出电压几乎不发生变化，可以看到，运放的温度特性非常好，主要原因如下：运放输入级采用高性能差分放大电路，由电流源电路供电，输出采用互补输出级，电路中存在的负反馈结