实验二 信号放大电路实验（测控电路实验指导书）

实验二 信号放大电路实验
一、实验目的
1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能；
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理 集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。

在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。

理想运算放大器的特性：
在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列
条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。

表2-1
失调与漂移均为零等。

理想运放在线性应用时的两个重要特性：
（1）输出电压O U 与输入电压之间满足关系式：)U U (U ud O -+-A = ，而O U 为有限值，因此，0U U ≈--+，即-+≈U U ，称为“虚短”。

（2）由于∞=i r ，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。

这说明运放对其前级吸取电流极小。

以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

1、基本放大电路： 1）反向比例放大器
电路如图2-1所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i 1
F
O U R R U -
=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻F 12R //R R =
图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器
电路如图2-2所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i 1
F
O )U R R 1(U +
= ，其中F 12R //R R =。

当∞→1R 时，i O U U =，即得到如图2-3所示的电压跟随器。

3）电压跟随器
电路如图2-3所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i O U U =，图中F 1R R =，用以减少漂移和起保护作用。

一般F R 取Ω10K ，F R 太小
起不到保护作用，太大则影响到跟随性。

图2-3 电压跟随器
2、高输入阻抗放大电路： １）同相交流放大电路
电路如图2-4所示。

电容2C 将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻1R 的两端。

对理想运放，两输入端是虚短的（近似等电位），即1R 的两端等电位，没有信号电流通过1R ，因此，对交流而言，1R 可以看作无穷大。

图2-4 同相交流放大电路 图2-5 自举组合电路
该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i 2
23
O )U WC /1R R 1(U ++
=，为了减少失调电压，应满足213R R R +=
输入阻抗：1
123i in jwC 1
)KR //()R (R 1KZ Z +++=
其中：K 为运算放大器的开环放大倍数；
i Z 为运算放大器的开环输入阻抗； 2）自举组合电路
电路如图2-5所示。

这种利用反馈电路来减少向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i 2
5O U R R U -
=；O
64O2U R R U -=
输入电阻：2
12
1i R R R R R -=
当642521R R ,2R R ,R R ===时，则11
i
2i O22I R U R U U I ==-=，
即1I 将全部由2I 提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。

3、高共模抑制比放大电路
1）双运放高共模抑制比放大电路
电路如图2-6所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：
i25
6i146
12O U R R U R R R R U -=
，其中213R //R R =，6547R //R //R R =。

当
5
4
12R R R R =
，i2i1U U =时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。

图2-6 双运放高共模抑制比放大电路
2）三运放高共模抑制比放大电路
电路如图2-7所示。

三运放高共模抑制比放大电路又称测量放大器、仪表放大器等。

它的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。

它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且漂移小，稳定性好。

其共模抑制比大，能适于在大的共模电压的背景下对微小差值信号进行放大。

图中改变电位器F1R 的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数；5R ，F2R ，6R 用于调零，当 21R R =，43R R =，87R R =时
则CMRR
ic 37id F1137O U R R U )R R
21(R R U K ++-
=
ic C id U GU K +-=
其中，G 是整个放大器对差模信号的增益，3
7
F11R R )R R 2(1G +=
C K 是整个放大器对共模信号的增益，CMRR
37C 1
R R K K ∙
=
∏CMR K 是运算放大器3N 的共模抑制比
整个放大器的共模抑制比：CMRR F1
1C CMR K )R R 21(K G
K ∙+==
图2-7 三运放高共模抑制比放大电路
三、实验设备 1、测控电路（一）实验挂箱 2、虚拟示波器 3、函数信号发生器 4、直流电压表
四、实验内容及步骤
实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，把15V ±直流稳压电源接入“测控电路（一）”实验挂箱。

（注：切忌正负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块） 1、反向比例放大器
（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零（调节本单元的电位器，使输出为零）。

（2）调节信号源输出Z KH f 1=的正弦信号，接入本单元的输入端，实验时要注意输入的信号幅度以确保集成运放工作在线性区，用示波器观测i U 及输出电压O U 的相位关系，
2、同相比例放大器
（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调
零。

3、电压跟随器
（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

4、同相交流放大电路
（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元
5、自举组合电路
1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

6、双运放高共模抑制比放大电路 1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。

2）在i1U 及i2U 的两端输入正弦波信号，测量相应的O U ，并用示波器观测O
U 与i U 的
7、三运放高共模抑制比放大电路
1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，两信号输入端均接地，调节
本单元的电位器2W ,使输出端O U 电压为零。

2）在i1U 及i2U 的两端输入 正弦波信号，并用示波器观测O U 与i U 的幅值及相位关系，
五、实验注意事项 实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反。

六、思考题
1、自举组合电路一般应用于那种场合？
2、对测量放大电路的基本要求是什么？
3、按照图2-7给定的电路参数，假设已调零，试计算当p1R =5K 时，放大器的差模
增益？
七、实验报告要求 1、整理以上实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。

2、将理论值计算结果和实测数据相比较分析产生误差的原因。

3、分析和讨论实验中出现的现象和问题。