运算放大器的基本应用

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：

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：号：

实验室: 同组人员：无实验时间：xx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。

2、设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=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|Av|=10，即|V0/Vi|= |-Rf/R1|=10,故取Rf=10R1,.又电阻应尽量大些，故取：R1=10kΩ，Rk=100 kΩ, RL=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/Vi|=9.77≈10，仿真正确。 3、设计一个电路满足运算关系UO= -2Ui1 + 3Ui2

（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=10k Ω，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，RF=100 kΩ，RL＝100 k Ω，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。

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UOM，则只能输出UOM，根据数据手册可以看出，VCC=±15V时，输出电压摆幅UOM≈±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

（b）交流反相放大电路实验测量数据

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180，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）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IOS 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）大学网自拟表格记录数据重复试验内容（3）

（-1.2，12）

斜率K=(12+10)/(-1.2+1.0)=-10

（1.0，-10）

（b) 实验结果分析：

重复内容（3）：当R=100kΩ时，最大不失真输出电压与运算放大器的输出电压摆幅相近（注：此时输出电压摆幅由于运放的VCC变小，故其也变小）；

而当R=220Ω时，由于受到最大输出电流的影响，故最大不失真输出比R=100kΩ时的最大不失真输出电压小了很多，显然这与内容（3）的结果一致。

重复内容（4）：当电源电压改为±12V时，传输特性曲线基本与内容（4）一致，斜率仍旧表示电压增益，转折点为输出电压摆幅。 (VI) 保持Ui＝0.1V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率

fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。（a）双踪显示输入输出波形图

Vpp=300mv

Vpp=2.2V

（b