实验七运算放大器及应用电路解析.docVIP

实验七 运算放大器及应用电路 实验目的 认识运算放大器的基本特征，通过仿真和测试了解运放基本参数，学会根据实际需求选择运放； 了解由运放构成的基本电路，并掌握分析方法； 实验内容： 仿真实验 运放基本参数 电压传输特性 实验所得扫描曲线如下所示： 根据上图仿真可以看出其直流电压增益约为99.5987k。 为寻找线性工作区，扩大扫描范围，可得曲线如下： 根据图线得出其线性工作区范围为：-115.0160u~159.7444u 思考： 当输入差模电压为0时，输出电压等于多少？若要求输出电压等于0，应如何施加输入信号？为什么？ 当输入差模电压为0时，输出电压等于-3.35359V.若要输出电压为0，输入的信号应当为-3.35359V除以增益值。这样可以大致抵消输入电压为0时产生的输出信号。 观察运放输出电压的最高和最低电压分析仿真结果的合理性。 最高电压约为13.3V，最低电压约为-14.8V。最大正电压的绝对值小于最小负电压的绝对值。由电路图可知，当IN+为很小的正电压时，输出电压可以为0，所以结果是合理的。 输入失调电压 R1=1k,R2=10 R1=10k,R2=100 R1=100k,R2=1k 表7-1：R1=1k,R2=10 V(3)/uV V(4)/uV V(5)/uV V(5)- V(4)/uV V(3)/(-R1/R2) uV -3416.69 -33.63122 0 33.63122 -34.1669 表7-2：R1=10k,R2=100 V(3)/uV V(4)/uV V(5)/uV V(5)- V(4)/uV V(3)/(-R1/R2) uV -3596.22 -33.63251 0 33.63251 -35.9622 表7-3：R1=100k,R2=1k V(3)/uV V(4)/uV V(5)/uV V(5)- V(4)/uV V(3)/(-R1/R2) uV -5388.47 -33.61482 0 33.61482 -53.8847 思考：什么原因导致了不同反馈电阻条件下计算得到的存在较大差异？在实际测量中，若输入失调电压小，需要通过测量输出电压并计算得到时，在电阻上的选取需要注意什么问题？ 答：因为运放的输出电阻并非无穷大，当外接电阻阻值很大，分压会变大，所以应该尽量选取阻值较小的电阻，使得运放工作在理想状态。 增益带宽积GBP 根据下图电路进行频率扫描仿真，得到放大器的幅频特性曲线和相频特性曲线。计算运放的增益带宽积，在相频曲线中分别标记出主极点和次主极点频率。 主极点标记如下： 所以GBP=9.8509k*99.8986=984.09k 主极点与次极点标记如下： 主次极点频率分别为：9.8509k ,1.7833M 思考：若输入信号频率为100kHz，则采用LM358P能实现的最高增益是多少？ 其最高增益为GBP/f=9.48. 转换速率（压摆率） 电路图如下所示，输入为阶跃信号。通过瞬态分析得到输出电压，并采用标尺标记出输出电压变化的斜率，即转换速率。 瞬态分析所得的图线如下所示： 其转换速率约为497.0373k b.将电路图中的V3改为正弦信号，当频率为1kHz和10kHz，得到输入输出波形的比较图。 电路图如下： 输入信号频率为1kHz的输入输出波形图： 输入信号频率为10kHz的输入输出波形图： 观察波形可以看出10V的波形有明显的失真 思考：若输入为正弦信号，振幅为10V，直流电压呀为0。根据结论:,则允许的最大输入信号频率为多少？ /=49.70kHz 运放构成的应用电路 反相放大器 下图所示为运放构成的反相放大器，按照图中参数进行瞬态仿真，采用Tektronix示波器观察各个节点波形。提交频率为10Hz、100Hz、1kHz下的节点3、节点4、节点5的波形截图，测量输出电压的峰峰值。 10Hz输出波形： 100Hz输出波形： 1kHz输出波形： 频率为10Hz和100Hz时的输出电压为9.99V，1kHz时输出电压为9.94V。 运放的单位增益带宽积是一定的，当输入频率增大时，增益会减小一些。所以相对来说1kHz时的输出电压较小。 思考： 在不同输入信号频率情况下，负载电压（节点4）幅度一样吗？为什么？ 不一样，因为运放内部有电容，容抗受频率影响，故输出电压幅度不一样。 输入信号频率为1kHz时，运放负端电压的相位和输出信号相位相差大约多少度？为什么？ 相位差小于 180°，此运放并非理想运放。 2)电压转换电路 a.在下图参数条件下，扫描直流电压V1，提交输出电压V4随电压源电压V2的变化曲线，并根据仿真结果确定电压源电压V2的最低电压。 由仿真结果可以确定V2的最低电压为4.8992V. b.扫描负载电阻R3，提交输出电阻V4随电源电压V2的变化曲线。 由仿