信号放大电路实验一

评分：测控电路实验实验报告实验名称：测控电路实验报告实验班级：测控10-2姓名：许耀凯学号：10034010236指导教师：黄瑞龙实验一信号放大电路实验一、实验目的1．研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理集成运算放大器是一种具有电压放大倍数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，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。理想运算放大器的特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。表2-1开环电压增益输入阻抗输出阻抗带宽Aud=∞ri=∞ro=0fBW=∞失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式：U0=Aud(U+-U-)，而U0为有限值，因此，(U+-U-)=0，即U+=U-，称为“虚短”。（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。1．基本放大电路：1）反向比例放大器电路如图2-1所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i1FOURRU，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1∥RF图2-1反向比例放大器图2-2同相比例放大器2）同相比例放大器电路如图2-2所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i1FO)URR1(U，其中R2=R1∥RF。当R1→∞时，U0=Ui，即得到如图2-3所示的电压跟随器。3）电压跟随器电路如图2-3所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：U0=Ui，图中R1=RF，用以减少漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响到跟随性。图2-3电压跟随器2．高输入阻抗放大电路：1)同相交流放大电路电路如图2-4所示。电容C2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R1的两端。对理想运放，两输入端是虚短的（近似等电位），即R1的两端等电位，没有信号电流通过R1，因此，对交流而言，R1可以看作无穷大。图2-4同相交流放大电路图2-5自举组合电路该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i223O)UWC/1RR1(U，为了减少失调电压，应满足R3=R1+R2输入阻抗：1123iinjwC1)KR//()R(R1KZZ其中：K为运算放大器的开环放大倍数；Zi为运算放大器的开环输入阻抗。2）自举组合电路电路如图2-5所示。这种利用反馈电路来减少向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i25OURRU；O64O2URRU输入电阻：2121iRRRRR当R1=R2，R5=2R2，R4=R6时，则11i2iO22IRURUUI，即I1将全部由I2提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。3．高共模抑制比放大电路1）双运放高共模抑制比放大电路电路如图2-6所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i256i14612OURRURRRRU，其中R3=R1∥R2，R7=R4∥R5∥R6。当5412RRRR，Ui1=Ui2时，输出电压为零，共模信号得到了抑制。图2-6双运放高共模抑制比放大电路2）三运放高共模抑制比放大电路电路如图2-7所示。三运放高共模抑制比放大电路又称测量放大器、仪表放大器等。它的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且漂移小，稳定性好。其共模抑制比大，能适于在大的共模电压的背景下对微小差值信号进行放大。图中改变电位器RF1的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数；R5，RF2，R6用于调零，当R1=R2,R3=R4，R7=R8时则CMRRic37idF1137OURRU)RR21(RRUicCidUGU其中，G是整个放大器对差模信号的增益：CK是整个放大器对共模信号的增益：KCMRR是运算放大器N3的共模抑制比整个放大器的共模抑制比：CMRRF11CCMRKRR21KGK)(图2-7三运放高共模抑制比放大电路三、实验设备1．THZK-1型测控电路综合实验平台2．测控电路（一）实验挂箱（ZK-6）说明：本实验中实验平台上所用到的资源：智能直流电压表、真有效值交流毫伏表、低频函数信号发生器或TH-SG01P；挂箱上所用到的资源：U1、U2、U3、U11、U13、U15、U1637F11RR)RR2(1GCMRR37C1RRK四、实验内容及步骤1、接通ZK-6挂箱上的电源，即把挂箱上的七芯航空插头插在平台上的七芯航空插座上，并用智能直流电压表观测平台上的直流电压输出是否正常，挂箱的指示灯是否正常，如果不正常，则需要检测，一般是航空插头没有插好。只有电压正常以后，方可进行下一步实验。1．反向比例放大器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到U1单元，输入端Ui接地，用智能直流电压表测量输出端UO，调节本单元的203电位器，使输出为零。（2）调节函数信号发生器，使之输出f=1KHz的正弦信号，接入本单元的输入端，实验时要注意输入的信号幅度以确保集成运放工作在线性区，用智能毫伏电压表测量输入端Ui和输出端UO、用示波器观测Ui及输出电压UO的相位关系。2．同相比例放大器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。（2）实验步骤同内容1。3．电压跟随器（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。（2）实验步骤同内容1。4．同相交流放大电路（1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元。（2）实验步骤同内容1。5．自举组合电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。2）实验步骤同内容1。6．双运放高共模抑制比放大电路1）在“测控电路（一）”实验挂箱上找到相应的实验单元，信号输入端接地，进行调零。2）在Ui1及Ui2的两端输入正弦波信号，测量相应的U0，并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系。7．三运放高共模抑制比放大电路1）在Ui1及Ui2的两端输入正弦波信号（即Ui1端接信号发生器的输入端，Ui2端接信号发生器的地），并用示波器观测U0与Ui的幅值及相位关系，同时调节本单元的电位器W1，观测输出信号幅度的变化。将结果记入下表中。五、实验注意事项实验挂箱中的直流电源正负极切忌接反。六、思考题1．自举组合电路一般应用于那种场合？2．对测量放大电路的基本要求是什么？3．按照图2-7给定的电路参数，假设已调零，试计算当RD1=5KΩ时，放大器的差模增益？七、实验报告要求1．整理以上实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。答：自举电路一般应用于传感器的输出阻抗很高（如电容式，压电式传感器的输出阻抗可达10Ω以上）的测量放大电路中。2．将理论值计算结果和实测数据相比较分析产生误差的原因。答：1)输入阻抗与传感器输出阻抗的匹配；2）放大倍数和稳定的增益；3）低噪声；4）低的输入失调电流以及低的源移；5）足够的带宽和转换速率；6）高输入共模范围；7）可调的闭环增益；8）线性好，精度高；9）成本低实验心得：通过本次实验，我掌握了信号放大电路的构成及工作原理，掌握了集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。从实验结果来看，实验波形较为理想。