实验三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：电路与电子线路实验II

第 3 次实验

实验名称：运算放大器的基本应用

院（系）：吴院专业：信息

姓名：学号：

实验室: 金智楼502 实验组别： 6

同组人员：实验时间：2013年04月27 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：|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

反馈电阻RF：一般为几十千欧至几百千欧，太大容易产生较大的噪声及漂移，故取100K，

即为上图中R7。

输入电阻Ri：应远大于信号源vi的内阻，考虑|A V|=10=RF/Ri，那么取值为10K，即为上图中R8。

平衡电阻Rp：Rp=R1//RF ，即为上图中的R9与R10。

输出电阻Ro：Ro约为0。

（3）仿真结果

取Vi为0.5V，1K的方波，利用示波器测出输入电压Vi与输出电压V o得到下图所示结果：

可以看出示波器测得的结果为，A口输入的信号为输出端信号电压为9.938V，而B口输入的为输入端信号为1.000V，所以电压增益为|Av|=9.938近似等于10，同时，从图线可以看出红色方波与黄色方波相位相差180°，即为反向。

三、实验内容：

1、基本要求：

内容一：反相输入比例运算电路

(1)图1.3中电源电压±12V，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。

通过以上电路测得实验结果如下表所示：

实验结果分析：

在输入电压为±0.5V时，电路的电压增益近似为-10，较为准确；在输入电压为±2V时电路的电压增益却只有五倍多，与10相差较大。

产生这种现象的原因是因为运算放大器LM741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，则只能输出接近U OM的电压，根据数据手册可以看出，VCC=±15V时，输出电压摆幅U OM≈±12V~±14V，所以，在加上±2V的输入电压理论应该输出±20V的电压，超过了U OM，所以输出最大只有U OM那么大，然而，实验电路的Vcc为±12V，所以相比于±12V~±14V实际的输出电压更小了，只有10.21V和11.60V，最终导致电压增益与理论值相差较大。

(2)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

通过实际电路测得实验结果如下表所示：

实验结果分析：

通过图象可以看出输入电压与输出电压相位相差180°，即为反相，符合电路的反相特性。除此以外，测量的电压增益为-10.14与理论值的误差只有1.4%，在误差允许范围内。

(3)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

所加的输入信号为300Hz的正弦波，得到下图（为仿真图，实际图未拍照）：

实际电路测得的结果为：

X 轴为输入电压，Vin=1.0V （0.5格×2V ） Y 轴为输出电压，V out=-10.5V （2.1格×2V ） 斜率为k ：k= V out/ Vin=-10.5 （b ） 实验结果分析：

得到的电压增益为-10.5，与理论结果相近似，但是与上述（2）的结果相比误差较大，主要是因为利用X-Y 方式，只能靠认为读数来计算，所以较不准确

2、提高要求：

设计一个比例-积分-微分运算电路。满足运算公式

dt

t du dt t u t u t u i i i o )

(100001)(100)(100101)(⎰++=

（1） 写出具体的设计过程，比例、积分、微分的系数可以有所不同，请考虑不同的

系数对设计输出有何影响？ 设计过程：

由于课本中只是分别介绍比例、积分、微分电路，倘若采用分别得到比例，积分，微分的结果后在相加，则所需器件较多，显然不合实际，故采用一个运放，将比例、积分、微分融合在一个电路中（如下仿真电路图）在复频域中，应用拉氏变换可得传递函数为：

)1()1/(1

)()()(11111

111C SR C SR C C R R SC R SC R SC R S U S U S A f f

f f f

f i O +++-=++

-==

其中

f

f C C R R 1

1

+

为比例系数，f C R 11为积分系数；1C R f 为微分系数。

仿真电路图：