2016东南大学模电实验1运算放大器的基本应用

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：模拟电子电路实验

第 1 次实验

实验名称：运算放大器的基本应用

院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班

姓名：学号：******

实验室:实验组别：

同组人员：实验时间：2016年4月10日评定成绩：审阅教师：

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；

3.了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温

度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（大差模输入电压、大共模输入电压、大输出电流、大电源电压等）的基本概念；

4.熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法；

5.掌握搭接放大器的方法及使用示波器测量输出波形。

二、预习思考

1.查阅LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参

2.设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10KΩ，RF=100 kΩ，并用multisim 仿

真。

其中分压电路由100kΩ的电位器提供，与之串联的510Ω电阻起限流的作用。

3.设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>10KΩ，RF=100 kΩ，并用multisim 仿

真。

三、实验内容

1.基本要求

内容一：

反相输入比例运算电路各项参数测量实验（预习时，查阅LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义）。

图1.1 反相输入比例运算电路LM324 管脚图

1)图1.1 中电源电压±15V，R1=10kΩ，RF=100 kΩ，RL＝100 kΩ，RP＝10k//100kΩ。

按图连接电路，输入直流信号Ui 分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同Ui 时的Uo 值，列表计算Au 并和理论值相比较。其中Ui 通过电阻分压电路产生。

Ui/V Uo/V

Au

测量值理论值

-213.365-6.6825\

-0.5 5.06-10.12-10

0.5-4.92-9.84-10

2-13.964-6.982\

分析：根据数据表格可知，当Ui小于1.5V时，放大倍数与理论值10倍基本一致；当超过1.5V时，如表格中的2V，其放大后的理论值Uo应为-20V，但是由于电源电压为+15V和-15V，根据放大器的性质，不能提供比电源电压更高的电压，所以最大也只能在13-14V，比电源电压略小1-2V。

2)Ui 输入0.2V（有效值）、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。

可以看到，此时输入电压有效值为215mV，输出电压有效值为2.01V，放大倍数基本上与理论值10倍相符，而且可以看到，此时输出与输入波形相位相反，符合反向放大比例电路的作用。

3)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。

此时输入电压的有效值为1.01V，输出电压的有效值为10.0V，仍满足10倍的放大倍数。但可以看到，输出电压的波峰部分已开始变形，变得较平，说明已经达到了最大不失真的电压值，而随后增大输入电压，观察到输出电压的放大倍数也渐渐小于10倍，说明输出电压有效值为10V时为最大不失真电压。

4)用示波器X-Y 方式，测量电路电压的传输特性曲线（教师当堂验收），计算传输特性

的斜率和转折点值。

注：由于拍摄时使用的是1kHz，所以图像右下角有重影的部分，事实是当调整为100-

500Hz时，图像会很清晰，但数据仍然不变，特此说明。

由图可知，输出电压当达到转折点上限13.30V和下限-13.80V时，电压便不再变化，呈现出水平的直线，这表明了最大输出电压需满足低于电源电压1-2V的条件。同时可以观察到在当输入电压在-1.270V到1.510V之间时，X-Y图像呈现为斜线，通过计算得到斜率为-

9.748，这与理论的放大倍数-10十分接近。

5)电源电压改为±12V，重复(3)、(4)，并对实验结果进行分析比较。

当电源电压改为正负12V时，理论上最大不失真电压将相应的减小，而X-Y图像中的转折点上下限电压也会相应减小，斜率将会不变，而事实也的确是这样。

此时输入电压的有效值为821mV，输出电压的有效值为8.08V，略微小于10倍的放大倍数。但可以看到，输出电压的波峰部分已开始变形，变得较平，说明已经达到了最大不失真的电压值，而随后增大输入电压，观察到输出电压的放大倍数也渐渐小于10倍，说明输出电压有效值为8.08V时为最大不失真电压。

注：此时已调整为100Hz，图像很清晰，而且无重影，与之前1kHz的图像形成鲜明对比。

由图可知，输出电压当达到转折点上限10.90V和下限-11.50V时，电压便不再变化，呈现出水平的直线，这表明了最大输出电压需满足低于电源电压1-2V的条件。同时可以观察到在当输入电压在-1.030V到1.150V之间时，X-Y图像呈现为斜线，通过计算得到斜率为-10.275，这与理论的放大倍数-10十分接近。斜率基本不变。

6)重新加负载（减小负载电阻RL），使RL＝220Ω，测量最大不失真输出电压，并和RL

＝100 kΩ数据进行比较，分析数据不同的原因。（提示：考虑运算放大器的最大输出电流）。

当RL=220Ω时，此时电源电压为正负15V，测量出来的最大不失真电压有效值为5.58V，比RL=100kΩ的最大不失真电压值10.0V小了将近5V。

原因分析：由于输出电压是通过运放的输出电流乘以负载得到的，但运放是有最大输出电流的限制，这也就意味着当负载很小的时候，运放输出电流达到最大值后，输出电压将会受限。由LM324的数据表知最大输出电流为60mA，通过计算可知

V=60mA×220Ω=13.2V

理论上的最大值为13.2V，小于100kΩ时的最大值15V（电源电压），所以实际上也会小于100kΩ时的10.0V。

注：实际使用220Ω的电阻作为负载时，电路工作一段时间后，此电阻产热很大，消耗的功率也很大，比较直观的表示为烫手。

内容二：

1)设计一个同相输入比例运算电路，放大倍数为21，且RF=100 kΩ。输入信号保持Ui