实验一 模拟运算放大电路（一）
电气工程学院
学号 姓名 黄博然
任课教师 团雷鸣
日期 2013.10.23-2013.10.24
一、实验目的
1. 了解运算放大器的基本工作原理，熟悉运放的使用。
2. 掌握反向比例运算器、同向比例运算器、加法和减法运算及单电流放大等电路的设计方法。
3. 学会运用仿真软件Multisim设计电路图并仿真运行。 4. 学会连接运算放大电路，正确接线与测量。
5. 复习各种仪器（数字示波器、万用表、函数发生器等）的使用。
二、实验原理。
1. 集成运算放大器是一种电压放大倍数极高的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
2．基本运算电路 几种典型的运算电路如下
同相放大电路 反相放大电路
减法电路
加法电路
三、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；
设计思路：
由题意，要使|AV|=10，Ri>10KΩ，所以取RF/R1=10，R1、R2、R4、RF均大于10 KΩ，R1=R2=20 KΩ，RF=200 KΩ，R4=100 KΩ
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；
设计过程：
由题意，要使|AV|=11，Ri>100KΩ，
则R3=110 KΩ，R2=100 KΩ，RF=1.1MΩ，于是，1+R4/R3=11。
3. 设计一个电路满足运算关系VO= -2Vi1+ 3Vi2
利用差分放大电路U0=(1+R4/R1)(R3/(R2+R3))Ui2-(R4/R1)Ui1 可得 R4=2*R1;R2=0;R3=R1;
4. 如上图，取R1=R3=1 KΩ,RF=2 KΩ,即可使VO= -2Vi1+ 3Vi2。
模拟示波器图
四、 实验内容
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，R1=10kΩ，RF=100 kΩ，RL＝100 kΩ，RP＝10k//100kΩ。按图连接电 路，输入直流信号 Vi 分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同 Vi 时的 Vo 值，列 表计算 Avf 并和理论值相比较。其中 Vi 通过电阻分压电路产生。
实验数据表格见下页
表一
序号 Ui/V U0/V Avf 理论值 1 -2.192 14.09 -10 2 -0.487 5.446 -10 3 -0.074 0.808 -10 4 0.484 -5.466 -10 5 2.080 -12.79 -10 -6.428 -11.183 -10.919 -11.293 6.149 实验结果分析： 在输入Vi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12%以内，而当增加Vi时，Avf的测量值和理论值相差较大，达到了40%。这是因为当 (V+)-(V-) 较大时，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 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。
输入信号
输出信号
(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。
(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。
(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。 表二 15V 12V 电压 0.82V 0.59V 最大不失真输入电压 13.6V 9.08 最大不失真输出电压
2、 设计电路满足运算关系 Uo=-2Ui1+3Ui2（预习时设计好电路图，并用
Multisim 软件仿真),Ui1 接入方波信 号，方波信号从示波器的校准信号获取（模拟示波器 Ui1 为 1KHz、1V（峰峰值）的方波信号，数字示 波器 Ui1 为 1KHz、5V（峰峰值）的方波信号），Ui2 接入 5kHz，0.1V（峰峰值）的正弦信号，用示波器 观察输出电压 Uo 的波形，画出波形图并与理论值比较。实验中如波形不稳定，可微调 Ui2 的频率。
五、 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，或者当比较大，超出CCV时，虚短，虚断现象不再满足.
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