运算放大器基本应用

东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：电子电路实验

第一次实验

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

姓名：周晓慧学号：********

实验室: 105实验组别：

同组人员：无实验时间：2012年03月23日评定成绩：审阅教师：

实验一运算放大器的基本应用

一、实验目的：

1、熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法；

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、幅频特性、传输特性曲线、

带宽的测量方法；

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（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念；

4、了解运放调零和相位补偿的基本概念；

5、掌握利用运算放大器设计各种运算功能电路的方法及实验测量技能。

二、预习思考：

1、查阅741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。

参数转换速率S R0.25-0.5V/μs

指输出电压量变化与其所需要的时间的

比值

极限参数

最大差模

输入电压U IOR

±15V

同相、反相端所能承受的最大的差模输入

电压。

最大共模

输入电压U ICR

±13V

同相、反相端所能输入的最大的共模信

号，超过这个值，会有一定的共模放大作

用影响。

最大输出电流I OS25-40mA 运放所能输出的电流峰值。

最大电源电压U SR±18V 运放所加电源的最大值。

2、设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上；（1）仿真原理图

（2）参数选择计算

因为要求|A v|=10，即|V0/V i|= |-R f/R1|=10,故取R f=10R1,.又电阻应尽量大些，故取：R1=10kΩ，Rk=100 kΩ, R L=10 kΩ

（3）仿真结果

图中红色波形表示输入，另一波形为输出，通过仿真可知|V0/V i|=9.77≈10，仿真正确。3、设计一个电路满足运算关系U O= -2U i1 + 3U i2

（1）仿真原理图

（2）参数选择计算

利用反向求和构成减法电路，故可取R1=10kΩ，RF1=30kΩ，R3=10kΩ，R2=RF2=20kΩ（3）仿真结果

输入Ui2为振幅等于2V的方波，Ui1为振幅等于1V的方波，因为输出为振幅等于4V的方波，故可知仿真正确。

三、实验内容：

1、基本要求：

内容一：反相输入比例运算电路

(I)图1.3中电源电压±15V，R1=10kΩ，R F=100 kΩ，R L＝100 kΩ，R P＝10k//100kΩ。按图

连接电路，输入直流信号U i分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不

同U i时的U o值，列表计算A u并和理论值相比较。其中U i通过电阻分压电路产生。

Ui/V U O/V

A u

测量值理论值

2.001 -12.85 -6.42 -10

0.498 -5.000 -10.04 -10

-0.508 5.061 -9.96 -10

-1.988 14.17 -7.13 -10 实验结果分析：

由于运算放大器的输出会受到器件特性的限制，故当输入直流信号较大时，经过运放放大后的输出电压如果超过U OM，则只能输出U OM，根据数据手册可以看出，V CC=±15V时，输出电压摆幅U OM≈±13V~±14V。这就是为什么输入电压较低时测得的增益与理论值相近，而输入电压较大时，则与理论值相差较大。

(II)Ui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

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 2.06 1kHz 10.3 10

交流反相放大电路实验测量数据

实验结果分析：

从图中可以看出输入输出信号的相位相差1800，这符合反相放大器的特性，又输入与输出信号的有效值之比为10.3，与理论值相近，故可知该电路是一个反向比例放大电路。

(III)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。重加负载（减小负载电阻R L），使R L＝220Ω，测量最大不失真输出电压，并和R L＝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）

负载R L=100KΩR L=220Ω

正电源电压（V）15 15 正最大不失真输出电压（V）14.57 4.78

负电源电压（V）-15 -15 负最大不失真输出电压（V）-13.15 -4.92

实验结果分析：

（1）当电源电压为±15V时，运放的最大输出摆幅范围为±13V到±14V。

（2）当RL=100KΩ时，最大不失真输出电压在运算放大器的最大输出摆幅范围内；而当RL=220 Ω时，则最大不失真输出电压小了很多，由数据手册可知，741运放的最大输出电流I OS 为±25mA，故当负载为220Ω时，负载上最大的电压为±5.5V，显然实验结果与理论值相近。

(IV)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）

（-1.4，14.1）

斜率K=(14.1+13.8)/(-1.4-1.4)=-10.2

（1.4，-13.8）

（b）实验结果分析：

传输特性的斜率为-10.2，这与运放的增益相近，故可知斜率即为运放的增益，而转折点的值14.1以及13.8则为当VCC=15V时，运放的输出电压摆幅。

(V)电源电压改为±12V，重复(3)、(4)，并对实验结果结果进行分析比较。

（a）自拟表格记录数据

重复试验内容（3）

负载R L=100KΩR L=220Ω

正电源电压（V）12 12

正最大不失真输出电压（V）11.4 4.5

负电源电压（V）-12 -12

负最大不失真输出电压（V）10.3 -4.6

重复内容（4）