東南大學(xué)模電實(shí)驗(yàn)報(bào)告模擬運(yùn)算電路(三)

1、東南大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：模擬電路實(shí)驗(yàn)第五次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：模擬運(yùn)算電路（三）系）：專業(yè)：名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)組別：同組人員：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：評(píng)定成績(jī)：審閱教師：實(shí)驗(yàn)五模擬運(yùn)算電路（三）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解運(yùn)算放大器的主要直流參數(shù)（輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流、溫度漂移、共模抑制比，開環(huán)差模電壓增益、差模輸入電阻、輸出電阻等）、交流參數(shù)（增益帶寬積、轉(zhuǎn)換速率等）和極限參數(shù)（最大差模輸入電壓、最大共模輸入電壓、最大輸出電流、最大電源電壓等）的基本概念。2、熟練掌握運(yùn)算放大電路的故障檢查和排除方法，以及輸入阻抗、輸出阻抗、增益、幅頻特性、傳輸特性曲線的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理RF迂放“

2、調(diào)零二是指運(yùn)放忤直流放大器用時(shí).由于窗入失闕電川和失誠(chéng)電逆的靈響為運(yùn)放的窗入為爭(zhēng)時(shí).他出巫肯零，這不僅感晌運(yùn)蘆的站度，嚴(yán)蟲吋還僉造成運(yùn)放不能正荒T.忤*詭零戲是h運(yùn)放的輸人端外加-平補(bǔ)償電丿1：抵消運(yùn)放本身的失調(diào)電達(dá)到凋零的目的，看的運(yùn)放肓調(diào)零勺1*1端如本穿驗(yàn)用到的Ml,荘調(diào)零電歸如圏1所*調(diào)節(jié)電位衆(zhòng)斑廠可使運(yùn)放輸出屯K為零也首的運(yùn)放無諧零引川端，需妄也同楫嘉或反相端接-注的補(bǔ)償屯來賓現(xiàn).+VCC-VEE三、預(yù)習(xí)思考1、查閱741運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，自擬表格記錄相關(guān)的直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，解釋參數(shù)含義。T:TIP參數(shù)名稱參數(shù)值參數(shù)意義及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何考慮直流參數(shù)輸入失調(diào)電壓VIO1(T)

3、6mV該參數(shù)表示使輸出電壓為零時(shí)需要在輸入端作用的電壓差。理想運(yùn)放當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，其輸出電壓也為零，但實(shí)際運(yùn)放當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，其輸出端仍有一個(gè)偏離零的直流電壓，這是由于運(yùn)放電路參數(shù)不對(duì)稱所引起的。輸入偏置電流1IB80(T)500nA該參數(shù)指運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)流入輸入端的平均電流。指運(yùn)放輸入級(jí)差分對(duì)管的基極電流I,I，通常由于晶體管參B1B2數(shù)的分散性，。輸入偏置電流的大小，在電路外接電阻確定之后，主要取決于運(yùn)放差分輸入級(jí)的性能，當(dāng)他的0值太小時(shí)，將引起偏置電流增加。從使用角度看，偏置電流愈小，由信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的輸出電壓變化也愈小。輸入失調(diào)電流IIO20(T)200nA該參數(shù)是指

4、流入兩個(gè)輸入端的電流之差。輸出電壓為零時(shí)，兩輸入端靜態(tài)電流的差值，即I二I-1。其典型值為幾十至ioB1B2幾百Na.由于信號(hào)源內(nèi)阻的存在，I會(huì)引起一輸入電壓，破壞io放大器的平衡，使放大器輸出電壓不為零。1越小越好，他反io映了輸入級(jí)有效差分對(duì)管的不對(duì)稱程度。失調(diào)電壓溫漂aV20uV/C該參數(shù)指溫度變化引起的輸入失調(diào)電壓的變化，通常以u(píng)V/C為單位表示指在規(guī)定范圍內(nèi)V的溫度系數(shù)。共模抑制比kcmr70(T)2K)該參數(shù)是指輸出電壓的變化量與發(fā)生這個(gè)變化所需時(shí)間之比的最大值。SR通常以V/“s為單位表示，有時(shí)也分別表示成正向變化和負(fù)向變化。當(dāng)運(yùn)放在閉環(huán)情況下，其輸入端加上大信號(hào)（通常為階躍信號(hào)

5、時(shí)），其輸出電壓波形將呈現(xiàn)一定的延時(shí)，其主要原因是運(yùn)放內(nèi)部電率中的電容充放電需要一定的時(shí)間。SR表示運(yùn)放在閉環(huán)狀態(tài)下，每1us時(shí)間內(nèi)輸出電壓變化的最大值。極限參數(shù)最大差模輸入電壓v|OR30V反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。超過這個(gè)電壓值，運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)的BJT將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)的反向擊穿，而使運(yùn)放的性能顯者惡化，甚至可能造成永久性損壞。最大共模輸入電壓v|CR13V運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓。超過V值，它的共模抑ICR制比將顯著下降。一般指運(yùn)放在做電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值。最大輸出電流IOS+/-2540mA運(yùn)放最大正向或負(fù)向的峰值電流，通常給出輸出端

6、短路的電流最大電源電壓VSR22V2、根據(jù)教材24頁實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4的指標(biāo)要求（指標(biāo)要求以本節(jié)實(shí)驗(yàn)部分修改的為準(zhǔn)），設(shè)計(jì)電路并確定元件參數(shù)，同時(shí)估算該電路的最大不失真輸出電壓范圍，下限頻率、上限頻率，并和雙電源供電的比例運(yùn)算電路做一個(gè)簡(jiǎn)單的比較。答：設(shè)計(jì)過程見實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2具體。V1）最大不失真輸出電壓范圍和運(yùn)放的最大輸出電壓擺幅OM有關(guān)，查詢數(shù)據(jù)手冊(cè)可得,當(dāng)電源電壓為土15V時(shí)，R10K0時(shí),V二1214V；R2K0時(shí)，LOMLV=101V3,計(jì)算可得V二2V二2028VOMOPPOM2）下限頻率：由于該電路輸入輸出為直流耦合，因此FI=0h3）上限頻率：查詢數(shù)據(jù)手冊(cè)可得741的單位增益帶寬（增益帶寬

7、積）為0.7T.6M,又知電路增益為5,計(jì)算可得fH在140320k左右。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、23頁實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，具體內(nèi)容改為：9.09K（I）圖5-1電路中電源電壓15V,R=10kQ,Rf=100kQ,Rl=220Q,Rp=10k100kQ=10K。按圖連接電路，測(cè)量最大不失真輸出電壓，并和實(shí)驗(yàn)一數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析數(shù)據(jù)不同的原因。（提示：考慮運(yùn)算放大器的最大輸出電流）負(fù)載Rl=100KQRl=220Q正電源電壓（V）+1515正最大不失真輸出電壓（V）14.95.6負(fù)電源電壓（V）-1515負(fù)最大不失真輸出電壓（V）-13.1-7.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：1）電源電壓為+/-15V時(shí)，741的最大輸出擺

8、幅范圍為+/-1314V2）RL=100KQ時(shí),最大不失真輸出電壓在運(yùn)算放大器的最大輸出擺幅范圍內(nèi)。Rl=220Q，最大不失真輸出電壓遠(yuǎn)小于運(yùn)算放大器理論的最大輸出擺幅，這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載比較小的時(shí)候,輸出電壓受運(yùn)算放大器的最大輸出電流影響。查手冊(cè)知741運(yùn)算放大器的最大輸出電流為+/-25mA,因此當(dāng)負(fù)載為220Q時(shí)，負(fù)載上最大可能電壓值是+/-0.025*200=+/-5.58.8V,實(shí)測(cè)結(jié)果和這個(gè)分析基本相符。（II）將電路改成下圖所示，這樣可以通過三極管實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流，將輸出電流由運(yùn)放的25mA增加到500mA，重復(fù)（I）的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析（本內(nèi)容可以選做）(Ill)保持Vi=0

9、.2V不變，改變輸入信號(hào)的頻率，在輸出不失真的情況下，測(cè)出上限頻率fH并記錄此時(shí)的輸入輸出波形，測(cè)量?jī)烧叩南辔徊?，并做?jiǎn)單分析。H輸入輸出波形圖S000n0.00V平JUUULXSQm47W1)邛Wi*-TQbVrFar.*VHUS?00m加8吩Fr上限頻率fHH(KHz)相位差t(|!S)T(|1S)e=t/Tx360。876.611.5滯后207實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：放大電路的上限頻率和增益的乘積為固定值，UA741的理論值為0.71.6MHZ，放大倍數(shù)為10,理論上限頻率應(yīng)為70160KHZ，測(cè)量結(jié)果與之相符合。在上限頻率處，增益變?yōu)橹蓄l區(qū)的1/、；2，滯后180-45=-225,誤差為8%,主

10、要來自手動(dòng)測(cè)量時(shí)光標(biāo)的位置不好把握。（IV）將輸入正弦交流信號(hào)頻率調(diào)到前面測(cè)得的切逐步增加輸入信號(hào)幅度，觀察輸出波H形，直到輸出波形開始變形（看起來不象正弦波了），三角波記錄該點(diǎn)的輸入、輸出電壓值，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率的定義對(duì)此進(jìn)行計(jì)算和分析，并和手冊(cè)上的轉(zhuǎn)換速率值進(jìn)行比較。1）輸入輸出波形圖A400mVjinnn.R1GOLDS2072DIGITALOSCILLOSCOPE奶MR1OOLBHJOOOutOOOWHt)頻率輸入信號(hào)Vvpp輸出信號(hào)Vvppd/t87KHZ0.382V2.51V0.436V/us2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：輸出信號(hào)電壓對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，可得電壓變換率，也就是轉(zhuǎn)換速率。手冊(cè)中給出的轉(zhuǎn)換速率

11、為0.250.5V/us，實(shí)測(cè)值在該范圍內(nèi)。運(yùn)算放大器應(yīng)用中，當(dāng)信號(hào)頻率較高，輸出信號(hào)幅度較大時(shí)必須考慮轉(zhuǎn)換速率的影響。（V）輸入信號(hào)改為占空比為50%的雙極性方波信號(hào)，調(diào)整信號(hào)頻率和幅度，直至輸出波形正好變成三角波，記錄該點(diǎn)輸出電壓和頻率值，根據(jù)轉(zhuǎn)換速率的定義對(duì)此進(jìn)行計(jì)算和分析（這是較常用的測(cè)量轉(zhuǎn)換速率的方法，此項(xiàng)內(nèi)容選做）1）輸入輸出波形圖2)頻率輸入信號(hào)ViPP輸出信號(hào)VOPPdVo/dt22k1.1V11.2V0.493V/us2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：改用此法測(cè)量后，測(cè)得轉(zhuǎn)換速率更接近0.5了，更準(zhǔn)確。實(shí)際測(cè)得轉(zhuǎn)換速率因輸出剛好為三角波，故其斜率即轉(zhuǎn)換速率。(VI)Rf改為10kQ,自己計(jì)算

12、Rp的阻值，重復(fù)(III)(IV)。列表比較前后兩組數(shù)據(jù)的差別，從反相比例放大器增益計(jì)算、增益帶寬積等角度對(duì)之進(jìn)行分析。并總結(jié)在高頻應(yīng)用中該如何綜合考慮增益帶寬積和轉(zhuǎn)換速率對(duì)電路性能的影響。重復(fù)(III)：1)輸入輸出波形圖此時(shí)R二RIIR二10K1110K二5KP1F上限頻率fHH(KHz)相位差t(|!S)T(|1S)e=t/Tx360。786k0.92.7255滯后3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：1.Rf改為10kQ后，增益變?yōu)?,因?yàn)樵鲆鎺挿e為一常數(shù)，所以帶寬應(yīng)變大，上限頻率變大，符合。重復(fù)(IV)：1)輸入輸出波形圖頻率輸入信號(hào)vIPP輸出信號(hào)voppd/t786kHZ0.49V0.285V0.

13、448V/us實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：在高頻應(yīng)用時(shí)，首先要根據(jù)設(shè)計(jì)中的增益和上限頻率的要求計(jì)算出增益帶寬積要求然后根據(jù)輸出電壓的幅度和上限頻率的要求計(jì)算轉(zhuǎn)換速率。2、24頁實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4，具體內(nèi)容改為：(I)設(shè)計(jì)一個(gè)單電源交流放大器，輸入電壓W1V,Avf=5,/L10Hz,/lOOkHz,輸入電阻大于1OOkQ,輸出電阻小于100Q。(帶寬設(shè)計(jì)時(shí)可參考單級(jí)放大器實(shí)驗(yàn))1)設(shè)計(jì)圖1.5yR210kbhniR4r1ij.kQhmRF2)設(shè)計(jì)過程RTOC o 1-5 h zA二1+F取R=10K,R=40KvfR1F1輸入電阻要求大于1OOkQ,分壓值要等于1/2VCC,取R=100K,R二R二10K可滿足要求

14、。423對(duì)于C1構(gòu)成的高通回路,fL1OHzLC12兀(R+RIIR)C10,C30，15uF4231對(duì)于C2構(gòu)成的高通回路,11.59uF2對(duì)于C3構(gòu)成的高通回路,LC22兀RC12”115.9uFL3lc32兀RCL3考慮余量和反相端的平衡取Ci=C2二10UF，C3二47UF(II)測(cè)量并記錄V+、V-、Vo的值;V+V-Vo7.427.527.427(III)在輸入端加入0.1V、1kHz的正弦交流信號(hào)，觀察并記錄輸入輸出波形，測(cè)量Vo值，計(jì)算Avf;vf1)輸入輸出波形圖2)ViVoAvf0.101V0.502V5.00V(IV)用示波器觀察C3兩端波形(示波器輸入耦合方式置于“DC”)，分析直流分量;1)C3之前波形C3之后波形rr最小值-720mVCH咲閉可以看出，在經(jīng)過C3電容隔直之前，波形中有一個(gè)7.5V的直流分量，經(jīng)過電容之后就只有交流分量了。(I)自擬方案測(cè)量輸入、輸出電阻值、上限頻率、下限頻率。上限