北航-電子實(shí)習(xí)-模擬部分-實(shí)驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)4

儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院電子實(shí)習(xí)A2模擬部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)四:集成運(yùn)算放大器應(yīng)用2012/5/12

目錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2二、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 21） 實(shí)驗(yàn)電路 22） 示波器觀察放大倍數(shù) 23） 分析參考電壓與輸出直流信號(hào)的關(guān)系： 54） 分析溫度漂移特性： 65） 搭建積分器，微分器，射隨器電路： 7A） 積分器 7B） 微分器 9C） 射隨器: 106） 搭建減法器： 11三、 問(wèn)題回答 12（1） 大信號(hào)放大的特性與小信號(hào)放大特性的區(qū)別？ 12（2） 運(yùn)放的重要指標(biāo)有哪些？ 12（3） 運(yùn)算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對(duì)于整體運(yùn)放電路，輸入輸出電阻如何估算？ 12（4） 運(yùn)放的溫度漂移特性如何，并試回答原因何在？ 12（5） 請(qǐng)分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會(huì)。 13圖表目錄TOC\h\z\c"Figure"Figure1實(shí)驗(yàn)電路 2Figure2反饋電阻Rf=1kohm 4Figure3反饋電阻Rf=2kohm 4Figure4偏置電壓和輸出飽和值 5Figure5積分器正弦輸入 7Figure6積分器正弦波輸入電路 8Figure7積分器方波輸入 8Figure8積分器方波輸入電路圖 9Figure9微分器輸出波形 9Figure10微分器電路結(jié)構(gòu) 10Figure11射隨器輸入輸出波形 10Figure12射隨器輸入輸出數(shù)值 11Figure13射隨器結(jié)構(gòu) 11Figure14減法器結(jié)構(gòu)及輸出電壓 11實(shí)驗(yàn)四:集成運(yùn)算放大器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饧蛇\(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分功能、特點(diǎn)；了解集成運(yùn)放主要參數(shù)的定義，以及它們對(duì)運(yùn)放性能的影響。掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法；掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種基本運(yùn)算電路的方法；掌握根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大電路的方法，并會(huì)計(jì)算相應(yīng)的元件參數(shù)；學(xué)習(xí)使用示波器DC、AC輸入方式觀察波形的方法，掌握輸出波形的測(cè)量繪制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)電路根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖如下所示FigureSEQFigure\*ARABIC1實(shí)驗(yàn)電路示波器觀察放大倍數(shù)由圖可知，根據(jù)放大倍數(shù)的計(jì)算，對(duì)交流信號(hào)的放大倍數(shù)為1，且輸出落后輸入半個(gè)周期。由電路參數(shù)可以計(jì)算，輸入輸出電壓關(guān)系為：，此處U1=VDD，U2=V2，以下通過(guò)改變反饋電阻的方式進(jìn)行測(cè)量計(jì)算原理相同。*對(duì)輸入輸出都利用交流檔，濾去直流成分FigureSEQFigure\*ARABIC2反饋電阻Rf=1kohm*利用公式計(jì)算可以得到，對(duì)VDD（直流）放大倍數(shù)為1，對(duì)V2（交流）放大倍數(shù)為1，測(cè)量結(jié)果與計(jì)算值相符。*利用探針功能分別在輸入（交流）輸出端測(cè)量FigureSEQFigure\*ARABIC3反饋電阻Rf=2kohm*利用公式計(jì)算可以得到，對(duì)VDD（直流）放大倍數(shù)為1.5，對(duì)V2（交流）放大倍數(shù)為2，測(cè)量結(jié)果與計(jì)算值相符。*利用探針功能分別在輸入（交流）輸出端測(cè)量分析參考電壓與輸出直流信號(hào)的關(guān)系：FigureSEQFigure\*ARABIC4偏置電壓和輸出飽和值利用parametersweep分析功能，選擇偏置電壓VCC和VSS在5v至18v見變化，分析飽和直流輸出電壓與偏置電壓關(guān)系，可以看到，飽和直流輸出電壓始終小于偏置電壓，且隨偏置電壓增大而增大。利用parametersweep分析功能，固定偏置電壓在+/-15v，改變直流電壓輸入在值，觀察輸出電壓與直流輸入電壓的關(guān)系。FigureSEQFigure\*ARABIC5輸出電壓與直流輸入電壓關(guān)系從結(jié)果可以看到，在該電路條件下，輸出隨著輸出線性增大，輸出達(dá)到最大值約13.7V時(shí)，即使輸入繼續(xù)增大，輸出電壓也不再增加。分析溫度漂移特性：利用溫度掃描功能，在-40度至85度間間隔30個(gè)點(diǎn)對(duì)電路進(jìn)行溫度掃描分析；由結(jié)果可以看到，隨溫度的改變，電路輸出幾乎完全重合，說(shuō)明該運(yùn)放電路的溫度特性非常好。搭建積分器，微分器，射隨器電路：積分器FigureSEQFigure\*ARABIC6積分器正弦輸入FigureSEQFigure\*ARABIC7積分器正弦波輸入電路通過(guò)示波器可以讀出，A通道（幅度較小波形）輸出信號(hào)199.9963ms，B通道（幅度較大波形）輸入信號(hào)202.5109ms，差2.5146ms，由于周期為100hz=10ms，故輸出落后輸入90.5度。FigureSEQFigure\*ARABIC8積分器方波輸入FigureSEQFigure\*ARABIC9積分器方波輸入電路圖在不改變電路結(jié)構(gòu)的前提下，將正弦信號(hào)波形改為方波型號(hào)波形，此時(shí)積分器其可將相應(yīng)方波變換成鋸齒波，此時(shí)鋸齒波質(zhì)量和幅度與反饋電容大小有關(guān)。微分器FigureSEQFigure\*ARABIC10微分器輸出波形FigureSEQFigure\*ARABIC11微分器電路結(jié)構(gòu)射隨器:FigureSEQFigure\*ARABIC12射隨器輸入輸出波形FigureSEQFigure\*ARABIC13射隨器輸入輸出數(shù)值FigureSEQFigure\*ARABIC14射隨器結(jié)構(gòu)射隨器即為放大倍數(shù)為1的運(yùn)算放大電路，在輸出端電壓相對(duì)輸入端呈現(xiàn)很好的電壓跟隨特性，由波形及探針實(shí)測(cè)可以看到，輸入輸出電壓值完全相同，但考慮到運(yùn)算放大器輸出特性，電路處在負(fù)反饋部分，此時(shí)輸出落后輸入半個(gè)周期。搭建減法器：FigureSEQFigure\*ARABIC15減法器結(jié)構(gòu)及輸出電壓如圖所示，，由此可得，，由圖示結(jié)果驗(yàn)算后符合。在電路圖中V2=3V，V1=2V，Rf=4kohm，最終輸出直流電壓為504.606mV，理論值為500mV。問(wèn)題回答大信號(hào)放大的特性與小信號(hào)放大特性的區(qū)別？答：對(duì)大信號(hào)時(shí)，需要考慮運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率SR，若超出運(yùn)放工作速度范圍，則輸出電壓會(huì)出現(xiàn)失真，只有在范圍內(nèi)，輸出電壓才能按照線性變化，對(duì)小信號(hào)，一般不需要考慮轉(zhuǎn)換速率SR的問(wèn)題，即認(rèn)為小信號(hào)速率，始終滿足SR的要求，同時(shí)，隨著頻率的增大，實(shí)際轉(zhuǎn)換速率也會(huì)增大，故一般大信號(hào)下運(yùn)放帶寬比小信號(hào)窄。運(yùn)放的重要指標(biāo)有哪些？答：開環(huán)差模增益，共模抑制比，差模輸入電阻，輸入失調(diào)電壓及其溫漂，輸入失調(diào)電流及其溫漂，輸入偏置電流，最大共模輸入電壓，最大差模輸入電壓，-3DB帶寬，單位增益帶寬，轉(zhuǎn)換速率。運(yùn)算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對(duì)于整體運(yùn)放電路，輸入輸出電阻如何估算？查閱相關(guān)數(shù)據(jù)文檔，可以找到AD817對(duì)應(yīng)輸入電阻為300kohm；對(duì)整體運(yùn)放電路，可以采用虛短、虛斷特性估計(jì)輸入電阻，即從電路輸入端和地之間看進(jìn)去的等效電阻等于輸入端與虛地之間看進(jìn)去的等效電阻，所以信號(hào)輸入電阻等于信號(hào)輸入端與放大器反相輸入端間電阻的阻值。輸出電阻：對(duì)理想集成運(yùn)算放大器輸出電阻，可認(rèn)為，若由運(yùn)放輸出端直接輸出，輸出電阻為0運(yùn)放的溫度漂移特性如何，并試回答原因何在？答：由實(shí)測(cè)，對(duì)運(yùn)放電路，隨著溫度的改變，輸出電壓幾乎不發(fā)生變化，可以看到，運(yùn)放的溫度特性非常好，主要原因如下：運(yùn)放輸入級(jí)采用高性能差分放大電路，由電流源電路供電，輸出采用互補(bǔ)輸出級(jí)，電路中存在的負(fù)反饋結(jié)