试验27运算放大器OP273.DOC

-------------------------------------------- 實驗 27 運算放大器(0P) -------------------------------------------- 實驗目的 1.由實驗中去了解OP之增益可由外部線路形成的負回授來決定。 2.OP作為一個非反相放大器。 3.OP作為一個反相加法器。 實驗器材 雙電源、電源供應器、示波器、波形產生器、數位電錶。 電阻：10KΩ×3(W)，5KΩ×1，3.33KΩ× l，25KΩ×1，20KΩ×1，30KΩ×1。 IC：741C。 其它：四個SPST開關，2個1.5V電池。 基本原理 IC運算放大器 OP放大器為一高增益、直接耦合的線性差動放大器，其特性可由輸出連接一線路到輸入所形成的負回授來決定。OP的用途很多，在數學運算上可作為加減法器、積分器、微分器:在通訊上可作為聲頻放大器。 圖27-1顯示OP放大器的符號，可看到其很類似實習25的差動放大器，它們都有二個輸入，一個為(+)，一個為(－)，負號代表反相輸入端。如果訊號加於反相端，輸出將與輸入相位差上180° 。正端輸入為非反相端輸入，如訊號加在非反相輸入端，則輸出與輸入之相位是相同的。在所有的OP應用電路中，我們皆用圖27-1的符號，這是由於OP內部線路甚為複雜之原因。 負回授 圖27-2顯示一個基本負回授電路，可看到輸出端回饋訊號到反相端，如此方能提供負回授。輸入訊號加在反相端輸入，如此一來，輸出之相位將與輸入訊號相反。當然，OP也能使輸出和輸入為同相位，只要加在非反相端，如圖27-3 。注意圖27-3的線路，負回授之關係仍存在著。 OP增益的分析不在本書的討論範圍之內，學者可自行參考相關書籍。因此，本書不分析公式，但會將各種OP線路之公式寫出，作為實驗之依據。 如圖27-2中，OP放大器的輸出可由式(27-1)決定 (27-1) 其中，負號代表輸出與輸入訊號反相。此放大器之增益可為 增益= (27-2) 對於圖27-3中之非反相放大器 圖27-1運算放大器OP之符號 圖27-2 OP放大器之負回授電路 圖27-3 OP放大器亦可作為非反相放大器 (27-3) 而其增益為 增益= (27-4) 式(27-1)至(27-4)顯示，輸出電壓與回授電阻RF、RR之比值有關，因此OP之增益也就與RF及RR有關了。 圖27-4為一非反相之電壓隨耦器，此線路亦稱為單增益放大器。因為此放大器之增益為1。 OP當然不可能是完全理想的，難免會有誤差存在，其中一種誤差為偏壓電流不平衡所致。此種誤差可在非反相端加上一個電阻R，R=RF//RR(圖27-5)，如此將使反相端與非反相端的輸入阻抗相等，便可消除偏壓電流不平衡所形成的誤差。 圖27-4 OP放大器作為電壓隨耦器 圖27-5電阻R連接到非反相端輸入來補償輸入偏壓誤差。如此一來 反相與非反相端的阻抗即為平衡了OP放大器作為加法器 如圖27-6的線路中，OP放大器是作為加法器，如果RF=R1= R2，輸出電壓為 (27-5) 也就是說，輸出為輸入電壓和之反相，如果二輸入電壓為反相的話，則圖27-6的線路，即為輸入電壓相減再反相。例如，V1=+3V，V2=2.5V則 圖27-6的線路輸出，可依吾人之設計不同而對兩輸入作加權。加權方式為利用RF、R1、R2之電阻值。例如:RF=2R1=3R2，則 圖27-6 OP放大器作為加法器 (27-6) 圖27-6的加法器亦可稍做修正，使輸入可以有3個或更多。 OP放大器之規格 OP放大器之製造廠商通當提供基本電路方塊圖、線路圖、OP之規格及特性曲線表。在本實驗中用到的OP74C，它的線路圖在27-7(a)，圖27-7(b)為接腳圖。 741分為兩種等級，一種為軍規(M)，另一種為商規(C)。這二種等級的包裝是不同的。本實驗所用的741IC為商規，編號為741HC。 圖27-7(a)線路圖 圖27-7(b)74C接腳圖(Fairchild公司) 741HC製造商列出的規格如下： 供應電源 ±18V 內部電力消耗 500mW 差動輸入電壓 ±30V 工作溫度 0° ~ 70°。 輸入偏壓電流 800nA 輸入阻抗 0.3~2MΩ 共摸互斥比(RS≦10KΩ 正常為90dB 輸出阻抗 75 Ω 輸出短路電流 25mA 供應電流 正常為2.8mA 功率消耗 正常為85mW 大訊號增益，