东南大学模电实验七运算放大器及应用电路.docxVIP

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性，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： 实验预习 运放的理想化条件； 运放的各种基本电路结构； 熟悉运放LM358P的性能参数及管脚布局，管脚布局如图1所示，并根据图2所示的内部原理图理解电路结构和工作原理。 图1. LM358P管脚 LM358P为单片集成的双运放，采用DIP-8封装，1IN-为第一个运放的负端输入，1IN+为正端输入，1OUT为输出，第二个运放命名原则相同。Vcc为正电源输入端，GND可以接地，也可以接负电压。 图2. LM358P内部原理图 LM358P主要由输入差分对放大器，单端放大器，推挽输出级以及偏置电路构成。 仿真实验 运放基本参数  eq \o\ac(○,1)电压传输特性 根据图3所示电路，采用正负电源供电，运放负端接地，正端接直流电压源V3，在-50μV~50μV范围内扫描V3电压，步进1μV，得到运放输出电压（节点3）随输入电压V3的变化曲线，即运放电压传输特性，根据仿真结果给出LM358P线性工作区输入电压范围，根据线性区特性估算该运放的直流电压增益Avd0。 图3. 电压传输特性仿真电路 仿真设置：Simulate → Analyses →DC Sweep, 设置需要输出的电压。 思考： a. 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？ b. 观察运放输出电压的最高和最低电压，结合图2所示电路分析该仿真结果的合理性。 解： 运放输出电压（节点3）随输入电压V3的变化曲线，即运放电压传输特性： 根据上图仿真可得，直流电压增益Avd0=99.5993k 为了寻找线性工作区，扩大扫描范围-500μV~500μV，可得运放电压传输特性： 根据图线得出其线性工作区范围：--118.6557μV~168.0384μV 思考: （1） 当输入差模电压为0时，输出电压=-3.3536V；若要求输出电压等于0，应使输入信号V+=33.6709μV 原因： 在运放的线性工作区内，此题中可认为差模电压与输出电压成正相关，设输出电压为Y，输入电压（即输入差模电压）为X，线性比例系数K。因此可认为满足以下关系： Y=K*X+B 当X=0时，Y=-3.3536V，故B=-3.3536V 令Y=0，则X=-B/K=3.3536/9.5993k=33.6709μV 与仿真结果一致 （2） 运放输出的最高电压为13.3160V，最低电压为-14.8574V。 最高正电压的绝对值小于最低负电压的绝对值： V+可对OUT下边的PNP管射极电流造成影响。V+在很小的正电位时，输出为0，这导致了最低电压的绝对值大于最高电压的绝对值  eq \o\ac(○,2)输入失调电压 根据图4所示电路，仿真得到运放LM358P的输入失调电压VIO。VIO既可以先测量输出电压VO(图4中节点3电压)，再根据VIO=-VO/(-R1/R2)计算得到；也可以直接测量运放正负端电压差得到。前者适合VIO比较小的情况，后者适合VIO比较大的情况。 当R1=1 kΩ, R2=10 Ω, 进行直流工作点仿真，并完成表7-1。 当R1=10kΩ, R2=100 Ω, 进行直流工作点仿真，并完成表7-2。 当R1=100 kΩ, R2=1 kΩ,进行直流工作点仿真，并完成表7-3。 图4. 输入失调电压仿真电路 表7-1：R1=1 kΩ, R2=10 Ω V3（μV）V4（μV）V5（μV）V5- V4（μV）-V3/(-R1/R2)（μV）-3416.69-33.631220.0000033.63122-34.16687 表7-2：R1=10 kΩ, R2=100 Ω V3（μV）V4（μV）V5（μV）V5- V4（μV）-V3/(-R1/R2)（μV）-3596.22-33.632510.0000033.63251-35.9622 表7-3：R1=100 kΩ, R2=1 kΩ V3（μV）V4（μV）V5（μV）V5- V4（μV）-V3/(-R1/R2)（μV）-5388.47-33.614820.0000033.61482-53.88466根据上述仿真结果，给出运放的的输入失调电压VIO。尝试设置V3电压等于VIO，观察输出电压V3的变化。 仿真设置：Simulate → Analyses → DC Operating Point，设置需要输出的电压。 思考：什么原因导致了不同反馈电阻条件下计算得到的VIO存在较大的差异？在实际测量中，若输入失调