步骤如下：
1、理解多级直接耦合放大电路的工作原理与设计方法。
2、熟悉并熟悉设计高增益的多级直接耦合放大电路的方法。
3、掌握多级放大器性能指标的测试方法。
4、掌握在放大电路中引入负反馈的方法。
[第五次实验模拟运算放大电路(一)]运算放大电路
关于负反馈对放大电路性能的影响如下：
1、稳定性
负反馈可以使得一个放大电路更加稳定，即减少放大电路的震荡和不稳定方面的影响。未经反馈的放大器可能会因为某些变化导致输出电压的剧烈变化，而负反馈可以减小这种瞬时变化。
2、线性度
在放大器中，负反馈可以通过降低输入信号的增益来增加输出线性度。由于负反馈机制的作用，放大器的输出信号与输入信号之间的比率更接近一个常数。这意味着放大器在整个幅度范围内都可以表现为一个线性的元件。
3、带宽
使用没有负反馈的放大器时，放大器的带宽通常受到反馈环路带宽以及放大器内部传输带宽的限制。但是，通过使用负反馈，反馈环路的传输特性可以被理解和设计，从而可以最大化放大器的带宽。
4、失真
使用负反馈技术，可以减小失真。具体来说，当原始信号输入到放大电路中时，由于电路本身本身因射极电阻、输入电容、晶格耦合等因素所导致的非线性失真，
输出信号与输入信号不一致。而经过负反馈之后，由于反馈把一部分输出信号与输入信号做比较，通过反馈网络使得输出信号更加接近输入信号，减小失真的程度。
5、噪声
在通常情况下，负反馈可以降低放大器的噪声幅度及带宽内的噪声功率谱，这是因为一部分输出噪声被反馈回输入引脚，从而对于放大器内部引入了一个降噪因子。
6、输出阻抗
当使用没有负反馈的放大器时，因为输出电压随源电阻的变化而发生变化，所以它们不仅与电路的能力相关，而且与负载端的电阻有关。然而通过负反馈技术，移除了这种与源电阻和负载电阻有关的不确定性变化。这也意味着负反馈可以降低放大器的输出阻抗。
东南大学电工电子实验中心
实验报告
学号： 姓名：
第 五 次
实验名称：模拟运算放大电路（一）
提交报告时间：2011年 05 月 01 日
完成名次：
成绩： 审批教师：2011年 月学习目标：
1、 了解运放调零和相位补偿的基本概念。
日
2、 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
3、 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。 实验原理
1、 运放“调零”，是指运放作直流放大器用时，由于输入失调电压和失调电流的影响，当运
放的输入为零时，输出不为零，这不仅影响运放的精度，严重时还会造成运放不能正常工作。调零一般是在运放的输人端外加一个补偿电压，抵消运放本身的失调电压，达到凋零的目的。有的运放有调零引出端如本实验用到的741，其调零电路如下图所示，调节电位器RW ，可使运放输出电压为零。也有的运放无调零引出端，需要在同相端或反相端接一定的补偿电压来实现。
图1 调零电路图
2、 用示波器测量电压传输特性曲线的方法
图2 电压传输特性曲线测量
示波器X-Y 方式进行直接观察，是把一个电压随时间变化的信号（如：正弦波、三角波、锯齿波）在加到电路输入端的同时加到示波器的X 通道，电路的输出信号加到示波器的Y 通道，利用示波器X-Y 图示仪的功能，在屏幕上显示完整的电压传输特性曲线，同时还可以测量相关参数。测量方法如图2所示。
具体测量步骤如下：
(1) 选择合理的输入信号的电压，一般与电路实际的输入动态范围相同，太大除了会影响测量结果以外还可能会损坏器件；太小不能完全反应电路的传输特性。
(2) 选择合理的输入信号频率，频率太高会引起电路的各种高频效应，太低则使显示的波形闪烁，都会影响观察和读数。一般取50～500Hz 即可。
(3) 选择示波器输入耦合方式，一般要将输入耦合方式设定为DC ，比较容易忽视的是在X-Y 方式下，X 通道的耦合方式是通过触发耦合按钮来设定的，同样也要设成DC 。
(4) 选择示波器显示方式，示波器设成X-Y 方式，对于模拟示波器，将扫描速率旋钮逆时针旋到底就是X-Y 方式；对于数字示波器，按下“Display ”按钮，在菜单项中选择X-Y 。
(5) 进行原点校准，对于模拟示波器，可把两个通道都接地，此时应该能看到一个光点，调节相应位移旋钮，使光点处于坐标原点；对于数字示波器，先将CH1通道接地，此时显示一条竖线，调节相应位移旋钮，将其调到和Y 轴重合，然后将CH1改成直流耦合，CH2接地，此时显示一条水平线，调节相应位移旋钮，将其调到和X 轴重合。 3、 电压增益(电压放大倍数A V ) 测量方法
电压增益是电路的输出电压和输入电压的比值，包括直流电压增益和交流电压增益。实验中一般采用万用表的直流档测量直流电压增益，测量时要注意表笔的正负。
交流电压增益测量要在输出波形不失真的条件下，用交流毫伏表或示波器测量输入电压V i (有效值) 或V im (峰值) 或V ip-p （峰-峰值）与输出电压V o (有效值) 或V om (峰值) 或 V op-p （峰-峰值），再通过计算可得。测试框图如图所示，其中示波器起到了监视输出波形是否失真的
作用。
测电压增益(电压放大倍数A V )
预习思考：
1、 设计一个反相比例放大器，要求：|AV |=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； （1） 原理图
（2） 参数选择计算
由题意，要使|AV |=10，Ri>10KΩ，即R F /R 1=10, R 1>10 KΩ, 取R 1=15 KΩ，则R F =150 KΩ, R =R F //R 1≈13.6 K Ω
2、 设计一个同相比例放大器，要求：|AV |=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上； （1）原理图
（2）参数选择计算
由题意，要使|AV |=11，Ri>100KΩ，
∴1+R F /R 1=11, R F /R 1=10 R i =R +R 2=R F //R 1+R 2=
1011
R 1+R 2>100k Ω
取R 1=110 KΩ，R 2=100 KΩ，R F =1.1MΩ，R =
1011
R 1=100 KΩ
3、 设计一个电路满足运算关系V O = -2Vi1 + 3Vi2 （1） 原理图
（2）参数选择计算
V 0=(1+
R F R 1
)
R 3R 2+R 3)
V i 2-
R F R 1
V i 1
上图为差分运算电路，输出
R F R 1
=2, (1+
R F R 1
R 3R 2+R 3
=3,
∴R 2=0
现要使V O = -2Vi1 + 3Vi2 即使
R F R 1
=2, (1+
R F R 1
)
R 3R 2+R 3
=3,
∴R 2=0，R 3可取任意值
取R 1=10 KΩ ， R F =20 KΩ ， R 3=20K Ω
必做实验：
1、 23页实验内容1，具体内容改为：
(I) 图5-1电路中电源电压±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ，R P ＝10k//100kΩ。
按图连接电路，输入直流信号V i 分别为－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用万用表测量对应不同V i 时的V o 值，列表计算A vf 并和理论值相比较。其中V i 通过电阻分压电
实验结果分析：
在输入V i 较小时，从表中数据可看出，运放的闭环电压放大倍数Avf 的测量值和理论值比较接近，误差在2%以内，而当增加V i 时，Avf 的测量值和理论值相差较大，达到了25%。
这是因为当(V +-V -) 较大时，Avf (V +-V -) >U O PP =V C C =15V, 故运放不再工作在理想线性区，此时放大倍数不再满足线性关系。
(II) Vi 输入0.2V 、 1kHz 的正弦交流信号，在双踪示波器上观察并记录输入输出波形，
在输出不失真的情况下测量交流电压增益，并和理论值相比较。注意此时不需要接电阻分压电路。
a ） 双踪显示输入输出波形图
b ） 交流反相放大电路实验测量数据
交流反相放大电路实验测量数据
实验结果分析：由实验结果波形看出，实验值和理论值几乎没有误差，说明器件性能良好。
(III) 输入信号频率为1kHz 的正弦交流信号，增加输入信号的幅度，测量最大不失真输
出电压值。
实验结果分析：
理论上，最大不失真输出电压值比电源电压小1~2V左右，从表中测得数据可看出，符合标准。
(IV) 用示波器X-Y 方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性的斜率和转折点值。 a) 传输特性曲线图（请在图中标出斜率和转折点值）
b) 实验结果分析：
由公式知，电路输入信号最大不失真范围是V ip -p =op -p ≈(-1.5~1.5V )
|A vf |
和横坐标符合，转折点的纵坐标值也满足最大不失真的条件。 斜率即放大倍数，算得K =10和理论值10几乎没有误差。
(V) 电源电压改为12V ，重复(III)、(IV)，并对实验结果结果进行分析比较。
V
b) 实验结果分析：
从表格和特性曲线可看出，改变电源电压后，最大不失真输出电压和输出电压范围也随之变化。
但输入信号仍然在工作范围之内，放大器的放大特性并没有变化。
2、
24页内容3-(2)，设计电路满足运算关系V O = -2Vi1 + 3Vi2，其中方波信号从示波器的校
准信号获取，模拟示波器V i1为1KHz 、1V 的方波信号，数字示波器V i1为1KHz 、5V 的方波信号，画出波形图并与理论值比较。然后慢慢调整输入信号V i1 及V i2的幅值，观测运放反相端及同相端V -,V+的波形，了解“虚短”存在条件并作出解释。实验中如波形不稳定，可微调V i2的频率。 a ） 双踪显示输入输出波形图
用的是数字示波器，V i1为1KHz 、5V 的方波信号， V i 2为5KHz 、0.1V 的正弦信号。
b) 实验结果分析：
输入既有正弦波也有方波，放大器对方波正弦波均有放大作用，经叠加得到如图所示波形。 增大输入正弦信号幅值，则相应的输出正弦信号幅值增大。增大方波信号，则输出方波信号幅值增大。
虚短的概念：由于理想运放的开环差模电压增益为无穷大，当输出电压为有限值时，差模输入电压V --V +=0/A V =0, 即V -=V +。
当运算放大器是理想的深度负反馈放大器时，输出信号是有限值，此时满足虚短条件。V -, V +的波形一致。测量其反向端及同相端V -, V +的波形如下：
五：实验思考题
1、理想运放有哪些特点？
答：开环增益无限大；输入阻抗无限大；输出阻抗为零；开环带宽无限；
失调及其温漂为零；共模抑制比为无穷大；转换速率为无穷大。
2、运放用作模拟运算电路时，“虚短”“虚断”能永远满足吗？试问，在什么条件下“虚短”“虚断”将不再存在？
答： 不能永远满足。当放大器不是工作在线性区时，如输出端和反相端不存在负反馈，或者当A od ≠∞, (V +-V -) 值比较大，超出V C C 时，虚短，虚断现象不再满足。
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