电工学实验(5)

图5-2-4单级交流放大电路接线图

2．静态工作点测试

调节Rp1，使URC=4V（测量URC即测量RC两端的电压，β=100）。将测量数据记录入表5.2.1。

表5.2.1 直流通路参数值

测量值 UC /V UB /V UE /V IC /mA 计算值 UCE /V IB /μA 3．电压放大倍数的测量

⑴负载变化对于电压放大倍数的影响

保持URC=4V，调节函数信号发生器，使其输出电压信号为ui。ui为正弦波，频率为f=1kHz，有效值为5mV。把信号加在输入端和GND之间，同时用万用表测量输出信号Uo的值（用数字万用表交流电压“V”档）。改变负载RL（RL应在输出端与GND之间）测量下述三种情况下的Uo值，并计算电压放大倍数AU。记入表5.2.2中。用示波器观察ui、uo间的相位关系，并描绘在数据记录纸上。

表5.2.2 电压放大倍数测量1

U RL Ui Uo AU ? 5.1kΩ 1kΩ ⑵静态工作点变化对于电压放大倍数的影响

使RL=5.1 kΩ，保持输入信号不变，重复第2步，改变URC，测量下述三种情况下的uo

值，记入表5.2.3。用示波器观察ui、uo之间的相位关系，并描绘在数据记录纸上。

表5.2.3 电压放大倍数测量2

U URC ui uo AU 3V 4V 5V 4．最大不失真输出电压的测量

使RL = ?，尽量加大ui，同时调节RP1改变静态工作点，使uo波形同时出现截止失真和饱和失真，再稍许减小ui，使uo无明显失真（即为最大不失真），测量此时的uimax和uomx及URC

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值。记入表5.2.4。

表5.2.4最大不失真输出电压测量数据

URC /V Uimax /mV Uomax /V AU 5.2.5实验报告

1．整理实验中所测得的实验数据。

2．根据电路参数估算AU（取IC = 2mA，?＝100），将实验值与理论估算值相比较，分析差异原因。

3．总结静态工作点对放大电路性能的影响。如何判断放大器的截止和饱和失真？当出现这些失真时应如何调整静态工作点？

4．讨论在调试过程中出现的问题。

VCC=10VRC=2kΩRB=220kΩBCVEVBB=4V5.2.6 思考题

1．重设图5-2-2中的参数，令ICQ=1.5mA。 设Vcc=+12V，UBE=0.7V，β=100。

2．已知电路如图5-2-5所示，设UBE=0.7V， β=200。求IB、IC、IE、UCE。

图5-2-5 思考题2电路图

5.3 实验三 集成运算放大电路的应用

5.3.1实验目的

1．掌握集成运算放大器作为加法器、减法器、比例器、积分器、微分器的各种原理及运算功能。

2．掌握以上各种应用电路的组成及测试方法，学会用示波器测量信号波形的方法。

5.3.2实验原理

1．集成运算放大器简介

集成运算放大器（简称集成运放）是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的直流放大器。集成运放有二个信号输入端，根据输入电路的不同，有同相输入、反相输入和差动输入三种方式。在实际应用中都必须用外接负反馈网络构成闭环，用以实现各种模拟运算。本实验采用集成运放UA741CN KBD851，其封装形式如图5-3-1所示。实验所用的UA741CN KBD851用塑料封装、双列直插式。引线脚顺序确定：将引脚朝下，缺口朝向左侧，从芯片左下角起，以逆时针方向计数，依次为1、2、3……8脚。引脚排列如图5-3-2所示，2脚和3脚为反相和同相输入端，6脚为输出端，7脚和4脚为正、负电源端，1脚和5脚为失调调零端，1、5脚之间可接入一只几十kΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。8脚为空脚。

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(a)双列直插式 (b)圆壳式 (c)扁平式 图5-3-1 集成运算放大器的三种封装方式

图5-3-2μA741CN KBD851外引线功能端排列图

2．理想运算放大器特性

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，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。

开环电压增益 Aud=∞ 输入阻抗 ri=∞ 输出阻抗 ro=0 带宽 fBW=∞ 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： ⑴输出电压uO与输入电压ui之间满足关系式 UO＝Aud（U+－U-）

由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U-≈0。即U+≈U-，称为“虚短”。 ⑵由于ri=∞，故流入运放两个输入端的电流可视为零，即IIB≈0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小，带负载能力很强。

上述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。 3．基本运算电路

⑴反相输入加法运算电路

图5-3-3为反相输入加法运算电路，简称加法器。它是一个反相放大器，当输入端A、B同时加入ui1、ui2信号时，在理想条件下，则其输出电压为：

uo??(RfR1ui1?RfR2ui2) （5.3.1）

图中：R3为平衡电阻，且R3＝R1// R2// Rf。

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ABR1ui1R2ui2RfRf AR1ui1R2ui2-+R3u0-+R3u0B

图5-3-3 加法运算电路原理图 图5-3-4 减法运算电路原理图

⑵减法运算电路

图5-3-4为减法运算电路。当输入端A、B同时加入信号电压ui1、ui2时，在理想条件下，且满足R1 = Rf，R2= R3=时，其输出电压为

u0?ui2?ui1 （5.3.2）

⑶反相比例运算电路

图5-3-5为反相比例运算电路，用它可实现反相比例运算。当输入端加入信号电压ui

时，其输出电压为

u0??RfR1ui （5.3.3）

RFRFui-u0R1uiR1'R1R1'图5-3-5反相比例运算电路原理图 图5-3-6同相比例运算电路原理图

⑷同相比例运算电路

图5-3-6为同相比例运算电路，用它可实现同相比例运算。当输入端加入信号电压ui

时，在理想条件下，且R1 = Rf，其输出电压为

⑸积分运算电路

图5-3-7为积分运算电路，在理想条件下，且电容两端的初始电压为零，若输入端A加一输入信号ui，则输出电压为

若ui为一幅值等于Ui的负阶跃电压，则

输出电压在有效积分时间内随时间t线性增长。

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+u0?(1?RfR1u0(t)??u0(t)??-

+u0

)ui

（5.3.4）

1?ui(t)dt （5.3.5） RCUi1tt （5.3.6） ?0Uidt??RCRC⑹微分运算电路

图5-3-8为微分运算电路，在理想条件下，若输入端加一输入信号ui，则输出电压为：

uo(t)??RCdui(t) （5.3.7） dtR CCRui-+u0ui-+u0

图5-3-7 积分运算电路原理图 图5-3-8 微分运算电路原理图

5.3.3实验设备及所用组件箱

名 称 模拟（模数综合）电子技术实验箱 双踪示波器 函数信号发生器 数字万用表 运算放大器?A741 数 量 1 1 1 1 1 设备编号 5.3.4实验步骤

1．反相输入加法运算

⑴按图5-3-9连接电路，接通电源。

⑵Ui输入为一方波信号，频率为1kHZ，幅度为0.5V（由函数信号发生器调节得到，其幅值直接用示波器测量）。在A、B端同时输入该交流信号。

⑶用示波器观测输入、输出电压波形，分析其关系。注意：输入信号大小要适当掌握，避免进入饱和区。

2．减法运算

⑴按图5-3-10连接电路，接通电源。

⑵在A端输入0.2V直流信号，在B端输入0.5V直流信号。（可由直流电源及适当阻值的电阻分压调得）

⑶用万用表测量输出电压Uo值，分析其关系。 3．反相比例运算

⑴按图5-3-11连接电路，接通电源。

⑵Ui输入为一方波信号，频率为1kHZ，幅度为0.5V(直接用示波器测量)。 ⑶用示波器观测输入、输出电压波形，分析其关系。

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