此时输入电压的有效值为1.01V,输出电压的有效值为10.0V,仍满足10倍的放大倍数。但可以看到,输出电压的波峰部分已开始变形,变得较平,说明已经达到了最大不失真的电压值,而随后增大输入电压,观察到输出电压的放大倍数也渐渐小于10倍,说明输出电压有效值为10V时为最大不失真电压。
4) 用示波器 X-Y 方式,测量电路电压的传输特性曲线(教师当堂验收),计算传输特性
的斜率和转折点值。
注:由于拍摄时使用的是1kHz,所以图像右下角有重影的部分,事实是当调整为100-500Hz时,图像会很清晰,但数据仍然不变,特此说明。
由图可知,输出电压当达到转折点上限13.30V和下限-13.80V时,电压便不再变化,呈现出水平的直线,这表明了最大输出电压需满足低于电源电压1-2V的条件。同时可以观察到在当输入电压在-1.270V到1.510V之间时,X-Y图像呈现为斜线,通过计算得到斜率为-9.748,这与理论的放大倍数-10十分接近。
5) 电源电压改为±12V,重复(3)、(4),并对实验结果进行分析比较。
当电源电压改为正负12V时,理论上最大不失真电压将相应的减小,而X-Y图像中的转折点上下限电压也会相应减小,斜率将会不变,而事实也的确是这样。
此时输入电压的有效值为821mV,输出电压的有效值为8.08V,略微小于10倍的放大倍数。但可以看到,输出电压的波峰部分已开始变形,变得较平,说明已经达到了最大不失真的电压值,而随后增大输入电压,观察到输出电压的放大倍数也渐渐小于10倍,说明输出电压有效值为8.08V时为最大不失真电压。
注:此时已调整为100Hz,图像很清晰,而且无重影,与之前1kHz的图像形成鲜明对比。
由图可知,输出电压当达到转折点上限10.90V和下限-11.50V时,电压便不再变化,呈现出水平的直线,这表明了最大输出电压需满足低于电源电压1-2V的条件。同时可以观察到在当输入电压在-1.030V到1.150V之间时,X-Y图像呈现为斜线,通过计算得到斜率为-10.275,这与理论的放大倍数-10十分接近。斜率基本不变。
6) 重新加负载(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:考虑运算放大器的最大输出电流)。
当RL=220?时,此时电源电压为正负15V,测量出来的最大不失真电压有效值为5.58V,比RL=100k?的最大不失真电压值10.0V小了将近5V。
原因分析:由于输出电压是通过运放的输出电流乘以负载得到的,但运放是有最大输出电流的限制,这也就意味着当负载很小的时候,运放输出电流达到最大值后,输出电压将会受限。由LM324的数据表知最大输出电流为60mA,通过计算可知
V=60mA×220Ω=13.2V
理论上的最大值为13.2V,小于100k?时的最大值15V(电源电压),所以实际上也会小于100k?时的10.0V。
注:实际使用220?的电阻作为负载时,电路工作一段时间后,此电阻产热很大,消耗的功率也很大,比较直观的表示为烫手。 内容二:
1) 设计一个同相输入比例运算电路,放大倍数为 21,且 RF=100 kΩ。输入信号保持Ui
=0.1Vpp 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。
此时的输入电压峰峰值为112mV,输出电压峰峰值为2.32V,放大倍数为20.71,与要求的21倍基本一致。此时的频率为1kHz,下面开始提高频率,测量上限截止频率。
可以看到,当频率提高到71kHz时,输入电压峰峰值为106mV,基本不变;输出电压峰峰值为1.64V,放大倍数为15.5倍,与上限截止频率要求的放大倍数
21×0.707=14.847
基本一致,而利用multisim仿真中扫频仪可得,
上限截止频率大约为50kHz,考虑到理论与实际的误差,结果基本相符。