运算放大器的基本应用
东南大学电工电子实验中心 实 验 报 告
课程名称： 电子电路实践 第一次实验
实验名称： 运算放大器的基本应用 院 （系）： 吴健雄学院 专 业： 电一 姓 名： 杨阳
学 号： 61011108
实 验 室: 101 实验组别： 同组人员： 实验时间：2024年3月26日 评定成绩： 审阅教师：
实验一 运算放大器的基本应用 一、实验目的：
1、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法、积分、微分等电路的设计方法； 2、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、幅频特性、传输特性曲线、
带宽的测量方法；
3、 了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度
漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念； 4、 了解运放调零和相位补偿的基本概念； 5、 掌握利用运算放大器设计各种运算功能电路的方法及实验测量技能。 二、预习思考：
1、 查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释
参数含义。
2、 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） 仿真原理图 （2） 参数选择计算 Au
要求|AV|=10且为反向比例放大电路，即 u0R
F
10uiR1
，又因为Ri>10KΩ，则
选择R1=20kΩ，RF=200kΩ，RL=200kΩ,RP=20k//200kΩ。信号源输入频率为1kHz，峰峰值为10V的方波信号。A通道为输出信号，B通道为输入信号。 （3） 仿真结果
由波形图可知，输入Ui=10V，输出Uo=-100V，Au=Uo/Ui=-10，满足设计要求。 3、 设计一个电路满足运算关系UO= -2Ui1 + 3Ui2 （1）仿真原理图 （2）参数选择计算
根据题目要求UO= -2Ui1 + 3Ui2 ，参数选择如上图所示，则有 3 R 1 20 10 30303 u0 R 4
2u4
ui126ui1
6u32ui2
2ui1
3ui2 15ui120u3
2ui2 ui2 u3ui2
R 5
（3）仿真结果
三、实验内容： 1、基本要求： 内容一：反相输入比例运算电路
(I) 图1.3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Ui分别为－2V、－0.5V、0.5V、2V，用万用表测量对应不同Ui时的Uo值，列表计算Au并和理论值相比较。其中Ui通过电阻分压电路产生。 实验结果分析：
由实验数据可以看出，当输入±0.5V时，输出在±5V左右，增益约为-10，与理论值相差不大；而当输入±2V时，电压増益的测量值与理论值相差较大。查询数据手册 可以知道，Vcc=±15V时，输出最大电压摆幅在±13V~±14V之间。当输入为±2V时，运放不在线性区，无法实现增大10倍到±20V。
(II) Ui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。
（a）双踪显示输入输出波形图 交流反相放大电路实验测量数据 实验结果分析：
从波形图以及实验数据可以看出，输入输出信号相位相差接近180度，满足反向比例 放大电路的要求，且输出信号有效值和电压増益的测量值都很接近于理论值，误差不大。 (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。重加负载（减小负载电阻RL），使RL＝220Ω，测量最大不失真输出电压，并和RL＝100 kΩ数据进行比较，分析数据不同的原因。（提示：考虑运算放大器的 实验结果分析：
（1）Vcc=±15V时，若RL=100KΩ，最大不失真输出电压在13V~14V之间。与实验741运放数据手册上的记录相符合。
（2）若RL=220Ω，则最大不失真输出电压较小，这是因为负载变小时，运放的输出电流会变大，由于运放有输出电阻，故在输出电阻上的压降变大，导致负载上的电压降低，即输出电压降低。查询数据手册可知，最大输出电流为25mA，所以当RL=220Ω时，负载上的最大电压为5.5V，实验结果与理论值误差不大。
(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） A（-1.38，13.90） B（1.20，-12.60） K=-10.27
（b）实验结果分析： 从传输特性曲线可知，斜率为-10.27，即电压増益，与理论值相近，拐点电压为13.90和-12.60，大致在±13V~±14V之间，与运放的最大不失真电压范围相符。
(V) 电源电压改为±12V，重复(3)、(4)，并对实验结果结果进行分析比较。 （a）自拟表格记录数据 （b) 实验结果分析：
由实验数据记录表格可以看出，当电源电压改为±12V时，运放的最大不失真输出电压略小于电源电压，在±10V~±11V之间，当负载较小时，最大不失真输出电压也较小，理由同上。
由传输特性曲线可以看出，斜率表示的电压増益与理论相近，拐点所表示的电压值也在最大不失真电压范围内。
(VI) 保持Ui＝0.1V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率
fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。 （a）双踪显示输入输出波形图 （b
（C）实验结果分析：
(VII) 将输入正弦交流信号频率调到前面测得的fH，逐步增加输入信号幅度，观察输出波
形，直到输出波形开始变形（看起来不象正弦波了），记录该点的输入、输出电压值， 根据转换速率的定义对此进行计算和分析，并和手册上的转换速率值进行比较。 （a）双踪显示输入输出波形图 （b）
（c）实验结果分析：
(VIII) 输入信号改为占空比为50%的双极性方波信号，调整信号频率和幅度，直至输出波
形正好变成三角波，记录该点输出电压和频率值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析（这是较常用的测量转换速率的方法）。 （a）双踪显示输入输出波形图 （b）
（c）实验结果分析：
(IX) RF改为10 kΩ，自己计算RP的阻值，重复（6）（7）。列表比较前后两组数据的差别，
从反相比例放大器增益计算、增益带宽积等角度对之进行分析。并总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响。 重复（6）： 保持Vi＝0.2V不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率fH并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。 （a）双踪显示输入输出波形图 （b）
（c）实验结果分析： 重复（7）：
（a）双踪显示输入输出波形图 （b）
（c）实验结果分析：
（d）总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响： 内容二：
设计电路满足运算关系Uo=-2Ui1+3Ui2，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
运算放大器的基本应用
