东南大学电工电子实验中心
实验报告
学号： 姓名：
第 五 次
实验名称：模拟运算放大电路（一）
提交报告时间：2011年 05 月 01 日
完成名次：
成绩： 审批教师：2011年 月学习目标：
1、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。
日
2、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
3、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。 实验原理
1、 运放“调零”，是指运放作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运
放的输入为零时，输出不为零，这不仅影响运放的精度，严重时还会造成运放不能正常工作。调零一般是在运放的输人端外加一个补偿电压，抵消运放本身的失调电压，达到凋零的目的。有的运放有调零引出端如本实验用到的741，其调零电路如下图所示，调节电位器RW ，可使运放输出电压为零。也有的运放无调零引出端，需要在同相端或反相端接一定的补偿电压来实现。
图1 调零电路图
2、 用示波器测量电压传输特性曲线的方法
图2 电压传输特性曲线测量
示波器X-Y 方式进行直接观察，是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X 通道，电路的输出信号加到示波器的Y 通道，利用示波器X-Y 图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以测量相关参数。测量方法如图2所示。
具体测量步骤如下：
(1) 选择合理的输入信号的电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。
(2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50～500Hz 即可。
(3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC ，比较容易忽视的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC 。
(4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y 方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y 方式；对于数字示波器，按下“Display ”按钮，在菜单项中选择X-Y 。
(5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y 轴重合，然后将CH1改成直流耦合，CH2接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X 轴重合。 3、 电压增益(电压放大倍数A V ) 测量方法
电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。
交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压V i (有效值) 或V im (峰值) 或V ip-p （峰-峰值）与输出电压V o (有效值) 或V om (峰值) 或 V op-p （峰-峰值），再通过计算可得。测试框图如图所示，其中示波器起到了监视输出波形是否失真的
作用。
测电压增益(电压放大倍数A V )
预习思考：
1、 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） 原理图
（2） 参数选择计算
由题意，要使|AV |=10，Ri>10KΩ，即R F /R 1=10, R 1>10 KΩ, 取R 1=15 KΩ，则R F =150 KΩ, R =R F //R 1≈136 K Ω
2、 设计一个同相比例放大器，要求：|AV |=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上； （1）原理图
（2）参数选择计算
由题意，要使|AV |=11，Ri>100KΩ，
∴1+R F /R 1=11, R F /R 1=10 R i =R +R 2=R F //R 1+R 2=
1011
R 1+R 2>100k Ω
取R 1=110 KΩ，R 2=100 KΩ，R F =11MΩ，R =
1011
R 1=100 KΩ
3、 设计一个电路满足运算关系V O = -2Vi1 + 3Vi2 （1） 原理图
（2）参数选择计算
V 0=(1+
R F R 1
)
R 3R 2+R 3)
V i 2-
R F R 1
V i 1
上图为差分运算电路，输出
R F R 1
=2, (1+
R F R 1
R 3R 2+R 3
=3,
∴R 2=0
现要使V O = -2Vi1 + 3Vi2 即使
R F R 1
=2, (1+
R F R 1
)
R 3R 2+R 3
=3,
∴R 2=0，R 3可取任意值
取R 1=10 KΩ ， R F =20 KΩ ， R 3=20K Ω
必做实验：
1、 23页实验内容1，具体内容改为：
(I) 图5-1电路中电源电压±15V ，R 1=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V i 分别为－2V 、－05V 、05V 、2V ，用万用表测量对应不同V i 时的V o 值，列表计算A vf 并和理论值相比较。其中V i 通过电阻分压电
实验结果分析：
在输入V i 较小时，从表中数据可看出，运放的闭环电压放大倍数Avf 的测量值和理论值比较接近，误差在2%以内，而当增加V i 时，Avf 的测量值和理论值相差较大，达到了25%。
这是因为当(V +-V -) 较大时，Avf (V +-V -) >U O PP =V C C =15V, 故运放不再工作在理想线性区，此时放大倍数不再满足线性关系。
(II) Vi 输入02V 、 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：由实验结果波形看出，实验值和理论值几乎没有误差，说明器件性能良好。
(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。
实验结果分析：
理论上，最大不失真输出电压值比电源电压小1~2V左右，从表中测得数据可看出，符合标准。
(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）
b) 实验结果分析：
由公式知，电路输入信号最大不失真范围是V ip -p =op -p ≈(-15~15V )
|A vf |
和横坐标符合，转折点的纵坐标值也满足最大不失真的条件。 斜率即放大倍数，算得K =10和理论值10几乎没有误差。
(V) 电源电压改为12V ，重复(III)、(IV)，并对实验结果结果进行分析比较。
V
b) 实验结果分析：
从表格和特性曲线可看出，改变电源电压后，最大不失真输出电压和输出电压范围也随之变化。
但输入信号仍然在工作范围之内，放大器的放大特性并没有变化。
2、
24页内容3-(2)，设计电路满足运算关系V O = -2Vi1 + 3Vi2，其中方波信号从示波器的校
准信号获取，模拟示波器V i1为1KHz 、1V 的方波信号，数字示波器V i1为1KHz 、5V 的方波信号，画出波形图并与理论值比较。然后慢慢调整输入信号V i1 及V i2的幅值，观测运放反相端及同相端V -,V+的波形，了解“虚短”存在条件并作出解释。实验中如波形不稳定，可微调V i2的频率。 a ） 双踪显示输入输出波形图
用的是数字示波器，V i1为1KHz 、5V 的方波信号， V i 2为5KHz 、01V 的正弦信号。
b) 实验结果分析：
输入既有正弦波也有方波，放大器对方波正弦波均有放大作用，经叠加得到如图所示波形。 增大输入正弦信号幅值，则相应的输出正弦信号幅值增大。增大方波信号，则输出方波信号幅值增大。
虚短的概念：由于理想运放的开环差模电压增益为无穷大，当输出电压为有限值时，差模输入电压V --V +=0/A V =0, 即V -=V +。
当运算放大器是理想的深度负反馈放大器时，输出信号是有限值，此时满足虚短条件。V -, V +的波形一致。测量其反向端及同相端V -, V +的波形如下：
五：实验思考题
1、理想运放有哪些特点？
答：开环增益无限大；输入阻抗无限大；输出阻抗为零；开环带宽无限；
失调及其温漂为零；共模抑制比为无穷大；转换速率为无穷大。
2、运放用作模拟运算电路时，“虚短”“虚断”能永远满足吗？试问，在什么条件下“虚短”“虚断”将不再存在？
答： 不能永远满足。当放大器不是工作在线性区时，如输出端和反相端不存在负反馈，或者当A od ≠∞, (V +-V -) 值比较大，超出V C C 时，虚短，虚断现象不再满足。
怎样学好模拟电路？
Q点是静态工作点。求静态工作点Q时，这里的Rc是指集电极(C)所对应的直流等效电阻。也就是说用直流视角观察电路（电容开路等）所得到的简化直流电路。Rc就是简化直流电路中集电极所对应的直流等效电阻。
电容C值变化，输出电压Uo几乎是不变的，但从滤波角度来讲，滤波电容的容量越大越好，但是会造成比较长的时间内整流二极管中有大电流流过，这会损坏整流二极管。
RL值越大，将使直流电压降增加，所以这种电路主要用于负载电流小而又要求输出电压脉动很小的场合。
扩展资料：
电路的静态测试正常，静态参数调整适当后，才可以进入动态工作状态，进行功能指标的测试。一般不同的动态测试项目，应选择不同的输入信号。
例如同一个差分电路，在测量其电压放大倍数时，输入信号应选用中频小信号正弦波，而在测其电压传输特性时，则应选择中频大信号，波形则不一定非是正弦波。所以，应根据不同的测量任务选择适当的输入信号，否则达不到期望的测量效果。
电路加适当的输入信号后，用测量仪表测量电路的输出信号是否符合要求，如用示波器观察输入/输出波形，交流毫伏表测正弦输出信号有效值等。
一般来说电路进行动态测量时，都必须用示波器同时监测输入/输出波形，根据输入/输出波形判断电路工作正常后，才进行其他如有效值、峰峰值、频率、周期、相位的测量。
-电子电路
-Q点
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学习模拟电路分四步：
1、一定要先把分立元器件学好，学透。比如：电阻、电容、二极管、稳压管、三极管、比较器、运放、MOSFET等。分立元器件在模拟电路中是最基本也是最小的组成部分。这好比人的组织细胞，要想研究人就要先研究组织细胞。
2、需要懂得利用这些分立器件的工作特性和条件来组成一个小的单元电路，学会让这个单元电路正常工作。这就好比各个组织细胞组成了人体的各个器官，模拟电路的各个单元电路正常高效工作就好比人体器官的正常健康。
3、学会将各个单元电路有机地协调运转，联调可靠运行，这就好比各个器官的协调运动组成了一个健康充满活力的有生命的人。
4、学会设计和调试电路，借助示波器等测量仪器让电路的参数调整合理并最优化。这就好比利用仪器对人体进行体检，并根据体检报告进行调理，使人精神饱满，健康充满活力。
所以说我一直拿设计电路比喻有生命体的人。一个好的设计电路好比一个充满活力的人，一个设计不好的电路就好比亚健康的人。所以说我们设计电路需要赋予它的生命，需要让它强壮，这是我们设计电路的终极目标。
如何培养设计电路的思路
从大的方面讲一般我们分三步走：
第一步，先学会看别人的电路;
第二步，学会根据自己的需要修改别人的电路;
第三步，自己独立设计电路。
具体方法如下：其实任何一个复杂的电路都是由一个个小的电路模块组成的。
首先，我们先把一个小的单元电路搞懂，而这个单元电路又是由一个个元器件组成的，我们先把这个单元电路中元器件弄通，而掌握这些元器件无非是电流、电压、功率、工作条件等这几个参数;然后把这些器件放在一个单元单元电路中根据前面说的那几个参数分析他们在电路中的作用。
一定要多动手，建议大家把每个元器件都要换个参数测试一下，而且每次只能更换一个元器件，观看电路有什么变化，思考为什么会有这样的变化，然后逐渐更换所有元器件，重复以上，这样你会对电路中的这些元器件有了很深刻的感悟，而且动手做过的东西你不会忘记的。
其次，把两个单元电路进行联调，观察调试过程出现的问题，直至调通。最后把多个单元电路进行联调，直至调通。
这样由简单到复杂循序渐进地学习和掌握电路设计经验，而这些经验作为数据库会存进你的大脑，以后你在设计电路时需要什么电路你大脑就会立即跳出来你曾经做过的这些电路，让你电路设计起来特别轻松，游刃有余。
做硬件设计必须注意的以下三点：
第一，需要一颗安静的心，不能烦躁。
第二，需要多动手，多测量和分析波形，多总计经验，不管是别人的还是自己的。
第三，不要满足自己目前设计的电路敢于指出自己电路设计的不足，然后至少修改两次，这样才能设计出优秀的电路。
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