电气工程与计算机科学系 麻省理工学院 剑桥,麻省 02139
6.101 模拟电子实验导论 实验四 阅读任务 在这个实验中, 你将研究运算放大器在简单电路结构中的工作情况. 我们将在课堂上讨 论运算放大器性能的不同方面.另外,你至少还应该阅读课堂阅读材料的第 7 部分,运算放
大器
目标: 你要使用LM741, 这是流行的运算放大器中最早的一种; LF356, 这是一种精确的JEFT输入运算放大器,其输入偏置电流很低,开环增益的带宽比较宽,转化率比较高等等; LM6152,一种双重线对线运算放大器,LM311 比较器.
实验 1:反向结构
在这次实验中,你将用图 1 所示反向结构连接的 LM741.学习调整放大器的失调,测 量带宽并观察在转化率限制下的工作情况. 1. 按图 1 所示组建电路.[参考LM741 数据单,以确保LM741 的引脚连接正确].选择电 阻值R1=R2=22k,R3=10k,并且不要在这一点安装 10kΩ 电位计.把输入 Vin 接地 并且测量输出电压[可能不为 0,有几毫伏的电压].这个电压是由输入失调电压和放 大器的增益引起的.输入失调电压可以看成是一个直流电压源串联在正相输入端. [既然这样,电压提供给正相输入端,增益是 2].计算相反的输入失调电压并且和 LM741 数据单中所列的数据相比较.
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图 1:实验 1 的电路 2.现在安装无失调电位计. 根据电位计的类型,你可以焊一些导线在上面, 这样你可以把 它插入面包板中.[电烙铁放在 38-601 中,并靠近 6.071 实验区,并且可以从工具橱窗中取 焊料和其他一些工具].调整电位计使输出电压为 0,通过调整在电位计,输出电压可以达 到的范围是多少 3.将信号发生器接至输入端并进行调整,使之产生一个 0.2V V p p ,1kHz 的正弦信号. [记住对于一个 50K负载的信号发生器的输出值是默认刻度] 信号发生器和R1间可以安一个耦合电路吗 为什么 4.增加信号发生器的频率,直到输出电压的幅度开始减小.找出放大器增益至 1 时 测量电压增益的模值.在
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的低频[1kHz]值.这个频率可以认为是这种特殊结构的带宽[-3dB 点].测量在这一点的输出 和输入的相移.[参看关于用 Tektronix 2445 示波器测量相移的附加说明] 5.改变反馈电阻,使其值为 220K,计算R3的新值,并重复第 2,3,4 部分. 如果你没有连接失调电位计, 你会注意到输出失调大约是放大器按增益的反向结构连接 时的 55 倍.为什么 我们为什么不改变R3 为什么R0的理想值与R1和R2的值有关 注 意 , 当 反 相 放 大 器 的 增 益 是 第 一 种 结 构 的 10 倍 时 , 带 宽 大 约 是 1/5.5 . 如果你测试这种结构下的其他增益值时,你会发现,增益越高带宽越窄;特别的, 增益带宽积是一个常数. 6,将信号发生器设置在增益为-10,带宽频率[ -3dB 点 ]上,增加输入电压的幅度直到输出 电压开始失真[如:它看起来不再是一个正弦波而更像一个三角波]在这种情况下,放大器达
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到了其转化率的极限. 运算放大器转化率的极限是由放大器的电流源[放大器第一级的偏置]引起的, 这个电流源限 制了由放大器第一级提供的电流大小.当放大器到达极限点时,它就不能再正常工作了.转 化率极限表明它本身是放大器的 dvout / dt 的最大值,因为存在一个内在的放大器电容需要 由初级输出电流充电,并且初级电流存在极限,因此电容的 dv / dt 有最大值. 输入级设在输出电压刚好失真时,计算输出电压 dvout / dt 的最大值.将这个值与 LM741 特性单上的转化率值进行比较. 7.将输入电压频率降低 1/5,通过计算输出电压开始失真时,dvout / dt 的值得到转化率, 将它与前面所得的转化率的测量值进行比较. 8.将信号发生器设到 1KHz,并增加输入电压的幅度直到输出电压值和正弦波顶端开始 变平.测量放大器的饱和电压[包括正值和负值]并与外供电压正负值比较.再将 510 的负 载电阻连接在输出和地之间重新测量. 这与没有负载电阻时测量的值和电压值有什么不同 [假设负载为无限大] 9,设置信号发生器产生一个方波输入电压,调整输入电压的幅度和频率直到输出变成 一个三角波.为什么输出波形不是一个方波 计算三角波 dv / dt .[注意这种方法测量 LM741 的转化率更简单更精确.] 10,用 LM652 双重线对线运算放大器替换 LM741 芯片.
警告:这种元件包括两个运算.将输出端连在不用的运放 输入反相端,将输入正相端 接地以防在另一个运算工作时产生振荡.

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