模擬電子實驗指導書
通訊與控制工程系
2023年9月
目錄實驗五模擬運算電路 26
實驗七集成功率放大器 35
實驗九電壓比較器 45
實驗十波形發生器 47
實驗十一串聯穩壓電路 53
一、實驗目的
1、了解並掌握由整合運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的原理與功能。
2、了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。
二、實驗原理
整合運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現各種特定的函式關係。**性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路。
理想運算放大器特性
在大多數情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。
開環電壓增益 aud=∞
輸入阻抗 ri=∞
輸出阻抗 ro=0
頻寬fbw=∞
失調與漂移均為零等。
理想運放**性應用時的兩個重要特性：
（1）輸出電壓uo與輸入電壓之間滿足關係式
uo＝aud（u+－u－）
由於aud=∞，而uo為有限值，因此，u+－u－≈0。即u+≈u－，稱為「虛短」。
（2）由於ri=∞，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即iib＝0，稱為「虛斷」。這說明運放對其前級吸取電流極小。
上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。
基本運算電路
1) 反相比例運算電路
電路如圖5－1所示。對於理想運放， 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關係為
為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻r2＝r1 // rf。
圖5－1 反相比例運算電路圖5－2 反相加法運算電路
2) 反相加法電路
電路如圖5－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關係為
r3＝r1 // r2 // rf
3) 同相比例運算電路
圖5－3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關係為
r2＝r1 // rf
當r1→∞時，uo＝ui，即得到如圖5－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中r2＝rf，用以減小漂移和起保護作用。一般rf取10kω， rf太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。
(a) 同相比例運算電路b) 電壓跟隨器
圖5-3 同相比例運算電路
4) 差動放大電路（減法器）
對於圖5-4所示的減法運算電路，當r1＝r2，r3＝rf時， 有如下關係式
圖5－4 減法運算電路圖5-5 積分運算電路
5) 積分運算電路
反相積分電路如圖5－5所示。在理想化條件下，輸出電壓uo等於
式中 uc(o)是t＝0時刻電容c兩端的電壓值，即初始值。
如果ui(t)是幅值為e的階躍電壓，並設uc(o)＝0，則
即輸出電壓 uo(t)隨時間增長而線性下降。顯然rc的數值越大，達到給定的uo值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受整合運放最大輸出範圍的限值。
在進行積分運算之前，首先應對運放調零。為了便於調節，將圖中k1閉合，即通過電阻r2的負反饋作用幫助實現調零。但在完成調零後，應將k1開啟，以免因r2的接入造成積分誤差。
k2的設定一方面為積分電容放電提供通路，同時可實現積分電容初始電壓uc(o)＝0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入訊號ui後， 只要k2一開啟， 電容就將被恆流充電，電路也就開始進行積分運算。
三、實驗裝置與器件
1、±12v直流電源 2、函式訊號發生器
3、交流毫伏表 4、直流電壓表
5、整合運算放大器μa741×1
電阻器、電容器若干。
四、實驗內容
實驗前要看清運放元件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞整合塊。
1、反相比例運算電路
1) 按圖5－1連線實驗電路，接通±12v電源，輸入端對地短路，進行調零和消振。
2) 輸入f＝100hz，ui＝0.5v的正弦交流訊號，測量相應的uo，並用示波器觀察uo和ui的相位關係，記入表5-1。
表5-1 ui＝0.5v，f＝100hz
2、同相比例運算電路
1) 按圖5－3(a)連線實驗電路。實驗步驟同內容1，將結果記入表5－2。
2) 將圖5－3(a)中的r1斷開，得圖5－3(b)所示電路重複上述內容，將結果記入表5－3。
表5－2 ui＝0.5v f＝100hz
表5－3 ui＝0.5v f＝100hz
3、 反相加法運算電路
1) 自行設計實驗電路，使其滿足u0=-10（ui1+ui2），並通過給ui1、ui2 輸入不同的直流電壓，驗證電路的功能。
2) 實驗時要注意選擇合適的直流訊號幅度以確保整合運放工作**性區。用直流電壓表測量輸入電壓ui1、ui2及輸出電壓uo，記入表5－4中。
表5－4
4、減法運算電路
1) 自行設計實驗電路，使其滿足u0=10（ui2－ui1），並通過給ui1、ui2 輸入不同的直流電壓，驗證電路的功能。
2) 採用直流輸入訊號時，確保整合運放工作**性區。用直流電壓表測量輸入電壓ui1、ui2及輸出電壓uo，記入表5－5中。
表5－5
5、積分運算電路
實驗電路如圖5－5所示。
1) 開啟k2，閉合k1，對運放輸出進行調零。
2) 調零完成後，再開啟k1，閉合k2，使uc(o)＝0。
3) 預先調好直流輸入電壓ui＝0.5v，接入實驗電路，再開啟k2，然後用直流電壓表測量輸出電壓uo，每隔5秒讀一次uo，記入表5-6，直到uo不繼續明顯增大為止。
表5－6
五、預習要求
1、 複習整合運放線性應用部分內容，並根據實驗電路引數計算各電路輸出電壓與輸入電壓之間的關係方程式。
2、 在反相加法器中，如ui1 和ui2 均採用直流訊號，並選定ui2＝－1v，當考慮到運算放大器的最大輸出幅度(±12v)時，｜ui1｜的大小不應超過多少伏？
3、 在積分電路中，如r1＝100kω， c＝4.7μf，求時間常數。
假設ui＝0.5v，問要使輸出電壓uo達到5v，需多長時間（設uc(o)＝0）？
4、 為了不損壞整合塊，實驗中應注意什麼問題？
六、實驗總結
1、根據實驗內容分析，得出反相比例運算電路和同相比例運算電路有何區別，並畫出它們相應的波形圖（注意波形間的相位關係）。
2、將各實驗內容輸出電壓的理論計算結果和實測資料進行比較，分析產生誤差的原因。
3、分析討論實驗**現的現象和問題。
一、實驗目的
1、 了解功率放大整合塊的應用
2、 學習集成功率放大器基本技術指標的測試
二、實驗原理
集成功率放大器由集成功放塊和一些外部阻容元件構成。它具有線路簡單，效能優越，工作可靠，除錯方便等優點，已經成為在音訊領域中應用十分廣泛的功率放大器。
電路中最主要的元件為集成功放塊，它的內部電路與一般分立元件功率放大器不同，通常包括前置級、推動級和功率級等幾部分。有些還具有一些特殊功能（消除雜訊、短路保護等）的電路。其電壓增益較高（不加負反饋時，電壓增益達70～80db，加典型負反饋時電壓增益在40db以上）。
集成功放塊的種類很多。本實驗採用的集成功放塊型號為la4112，它的內部電路如圖7－1 所示，由**電壓放大，一級功率放大以及偏置、恆流、反饋、退耦電路組成。
1) 電壓放大級
第一級選用由t1和t2管組成的差動放大器，這種直接耦合的放大器零漂較小，第二級的t3管完成直接耦合電路中的電平移動，t4是t3管的恆流源負載，以獲得較大的增益；第**由t6管等組成，此級增益最高，為防止出現自激振盪，需在該管的b、c極之間外接消振電容。
2) 功率放大級
由t8－t13 等組成復合互補推挽電路。為提高輸出級增益和正向輸出幅度，需外接「自舉」電容。
3) 偏置電路
為建立各級合適的靜態工作點而設立。
除上述主要部分外，為了使電路工作正常，還需要和外部元件一起構成反饋電路來穩定和控制增益。同時，還設有退耦電路來消除各級間的不良影響。
圖7－1 la4112內部電路圖
la4112集成功放塊是一種塑料封裝十四腳的雙列直插器件。它的外形如圖
7－2 所示。表7－1、2是它的極限引數和電引數。
圖7－2 la4112外形及管腳排列圖
與la4112集成功放塊技術指標相同的國內外產品還有fd403；fy4112；d4112等，可以互相替代使用。
表7－1
表7-2
集成功率放大器la4112的應用電路如圖7－3 所示，該電路中各電容和電阻的作用簡要說明如下：
c1、c9 — 輸入、輸出耦合電容，隔直作用。
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