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1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称：电子线路实验第 二次实验实验名称：模拟运算放大电路(二) 院 （系）：专业：姓名：学号：实 验 室: 实验组别：同组人员：实验时间：10 年 4 月 8 日评定成绩：审阅教师：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 实验二模拟运算放大电路（二）一、实验目的：1、 掌握运算放大器实现信号积分和电流电压转换功能电路的基本设计和调试方法；2、 掌握精密半波整流和精密全波整流电路
2、的电路组成、电路原理、参数设计和调试方法；3、 了解运算放大器实际器件参数对积分电路、电流电压转化电路、精密整流电路性能的影响。二、实验原理（1）积分电路对于积分电路，根据“虚短”和“虚断”可以得到：icviiR和11ocivi dtv dtCRC，即输出信号ov与输入信号iv有积分的关系。该关系成立的前提之一是12cfffR C，即容抗小于阻抗。另外还必须满足max|ooMvV与LCoMiiI。（2）电压 /电流转换电路利用运放的“虚地”和“虚断”可以得到：1iLiVIIR，这样可以将电压信号转换为电流信号。同样需要满足：LoMII和max|ooMvV的前提。（3）精密整流电路把二极管与运放
3、结合起来，将二极管置于运放的负反馈回路中，可以减小二极管的非线性及其温漂的影响，实现对弱小信号的精密整流或是线性整流。三、预习思考题1、 根据 29 页实验内容1 的指标要求设计电路并确定元件参数。答：a） 设计原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - b） 设计过程见实验内容的预习基础，取 R=10k, c=0.01uf, Rf =100K, Rp=R1/Rf =10/100=100/119.09k 2、 在积分
4、器实验中，若信号源提供不出平均值为零的方波，能否通过耦合电容隔直流？若能的话，电容量怎样取？答： 可以，但是电容应取的大一点,以减小对交流的影响。3、 对于 29 页实验内容2 试根据数据手册中的相关参数计算a)当 R1=1 k ，RL分别为 1k和 10k时最大允许输出电流值为多少b)当 R1=100 ，RL分别为 100和 1k时最大允许输出电流值为多少c)当 R1=1 k 、RL为 1 k ，输入电压Vi 为 0.5V、1V 和 3V 时，计算负载电阻RL的取值范围。答： 根据电路计算可得011,iLLLOMVIVIRRVR根据运放使用要求：LOMII推导可得：1OMLLVIRR查阅数据
5、手册，知（a）LR=1k , 14711LVImAKKLR=10k141.27101LVImAKK(b) LR=100 , 1470100100LVImALR=1k , 1412.71100LVImAK(c) 根据运放使用要求，11iLOMVRRVR推导可得：11OMiLiR VV RRV名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 计算可得：0.5iVV时，LR27K;1iVV时，LR13K;3iVV时，LR3.7K4、
6、设运算放大器为双电源供电，最大输出电压为VOM，试根据精密全波整流电路的原理，推导图 10-2 的传输特性曲线，写出推导过程并画出传输特性曲线。答：当输入 Vi0 时，二极管D1导通， D2 截止，故 V0l=Vn=Vi，运放 A2 为差分输入放大器，由叠加原理知V0=-2R/2R*Vi=-vi+2*vi=vi 。当输入 Vi0 时， 二极管 D2导通，D1截止，此时， 运放 A1为同相比例放大器， V0l=vi(1+R/R)=2Vi,同样由叠加原理可得运放A2 的输出为 V0=V0l(-2R/R)+Vi(1+2R/R)=-Vi,故最后可将输出电压表示为(0)(0)iioiiv vvv v画出
7、传输特性曲线为：四、实验内容1、 试用 A741 设计一个满足下列要求的基本积分电路：输入为 Vipp=1V、 f=10kHz 的方波（占空比为 50%） 。设计 R、C值，测量积分输出电压波形；改变f 值观察 Vo 波形变化，并找出当 f 接近什么值的时候，电路近似一个反相比例运算电路。ViVoARfRpR1C+Vcc-Vcc名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 积分电路图设计基础：输出电压tVidtRCVo01当
8、 f fc时，电路起积分器作用。为使由输入偏置电流引起的输出失调减至最小，应取Rp=R1/Rf。a)元件参数计算：5611159.15422 *10 *0.01*10cffHZR cR1 =10k, c=0.01uf, Rf =100K, Rp=R1/Rf =10/100=100/119.09k 实验时PR取 10k,造成一定误差。b)设计验证一输入为 Vipp=1V、f=10kHz 的方波（占空比为50%） ，用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值频率峰峰值频率1.12V 10KHZ 280mV 10.04KHZ 双踪显示输入输出波形实验结果分析：输出三角波理论值：128
9、022ippoppVTVmVRC。和实验测得输出幅名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 值正好一致，说明实验很准确。实验时，一开始选用0.1uF 的电容，结果输出三角波很粗，且幅度不稳定，换用0.01uF的电容后，输出三角波变清晰稳定。c)设计验证二输入为 Vipp=1V、f=1kHz 的方波（占空比为50%） ，用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值频率峰峰值频率1.04v 1kHz 2.44V
10、 1kHz 双踪显示输入输出波形实验结果分析：理论值算得为：2.6V,实际测得为2.44V，误差为6%，在可接受范围内。F增大时，输出三角波越清晰，越能体现积分特点。d) 设计验证三输入为 Vipp=1V、f=10Hz 的方波（占空比为50%） ，用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值频率峰峰值频率1.04 10HZ 10.2 10HZ 双踪显示输入输出波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 实
11、验结果分析：根据理论值， 当 f15V。实验时取ippV= 20V ，f= 500HZ 传输特性图：由图可算出，传输特性曲线的斜率= 1 。3、 精密半波整流电路：(I)依照图10-1 所示连接电路，元件参数：R1=R2=10K，电源电压 10V ，二极管为1N4148。图 13 精密半波整流电路(II)Vi输入一个 频率为 100Hz 的正弦交流信号，有效值 分别为 5V、1V、10mv，用示波器观察输入 输出 信号波形，用毫伏表 测量 Vo值，对列表记录测量，并对结果进行分析比较 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
12、- - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 精密半波整流实验数据列表输入信号输出信号有效值最大值最小值频率最小值最大值5V 7.2V -7.2V 100HZ -800mV 7.60V 1V 1.48V -1.44V 100HZ -640mV 2V 10mV 16mV -14mV 100HZ -4.8 mV 15.6 mV 精密半波整流输入、输出波形图有效值为5V 精密半波整流输入、输出波形图有效值为1V 精密半波整流输入、输出波形图有效值为10mV 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
13、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 当输入Vi=10mV 时，由于干扰，波形会产生模糊、不稳甚至变形的现象，这都是正常的，测量该电压的目的就是为了证明精密整流电路对于微弱信号也能实现整流。(III) 用示波器的X-Y显示方式测试该电路的电压传输特性，调节 Vi幅度， 找出输出的最大值 Vomax= 4V 。精密半波整流电路电压传输特性曲线4、 精密全波整流电路(I)图 10 2 的精密全波整流电路和传输特性曲线修正为下图。图中 R=10K ，电源电压10V ，二极管为1N4148 名师资料
14、总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 10k10k10k20k1k+VCC-VEE+VCC-VEEViVO+精密全波整流实验数据列表输入信号输出信号有效值最大值最小值频率最小值最大值5V 7.2V -7.2V 100HZ -5.6V 7.2V 1V 1.48V -1.44V 100HZ 0mV 1.48V 10mV 14.2mV -14mV 100HZ 0mV 10.8mV 精密全波整流输入、输出波形图有效值为5V 精密全
15、波整流输入、输出波形图有效值为1V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 精密全波整流输入、输出波形图有效值为10mV 精密全波整流电路电压传输特性曲线电源电压为20V。最大 Vomax = 9 v -Vomax = -8 v Vomax/2 = 4 v 实验结果分析：实验时， 当输入信号有效值为5V 时，输出波形很奇怪，像是出现了 “毛刺”，是因为“全波整流”中当输入过大而造成幅值变低。实验中发现精密全波整流的电
16、压传输特性曲线是不对称的，第四象限内的电压特性曲线并不与第一象限的曲线对称。这是因为对于全波整流电路而言，实际的运放输出电压，当Vi0 时， |Vo|=Vom ， Vo1=2Vi （|Vi|0.5Vom ）所以Vo Vi （Vi|0.5Vom ） 。五：实验思考题1、 在图 6-1 所示基本积分电路中，为了减小积分误差，对运放的开环增益、输入电阻、输入偏置电流及输入失调电流有什么要求？答：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - -
17、- - - 应选用开环增益大，输入电阻大，输入偏置电流小（信号源内阻变化小） ，输入失调电流小（反映输入级差差分对管的不对称程度）的运放。2、 根据什么来判断图6-1 电路属于积分电路还是反相比例运算电路？答：根据输入信号频率f 与固有频率fc 的比较。12cffR c当 f fc时，电路起积分器作用3、 在图 6-9 所示电压 /电流转换电路中，设Vom=6V，且 Vi=1V，R1=1k，试求满足线性转换所允许的RLmax小于等于多少？答：根据前预习中的公式，11OMiLiR VV RRV，计算得5LRK4、 若将图 10-1 电路中的两个二极管均反接，试问：电路的工作波形及电压传输特性将会
18、如何变化 ? 答：电路的输出波形将变化：将输入的正半周的波形反相同比例输出，负半轴输出为零。电压传输特性则与原来曲线相对纵轴对称。5、 精密整流电路中的运放工作在线性区还是非线性，为什么？答： 线性区，用到了虚短和虚断的概念。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -