测控电路实验指导书(2009)_bak

测控电路及装置

实验指导书

重庆理工大学电子学院测控系

实验一 信号放大电路实验

一、实验目的

1．研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能。 2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理

集成运算放大器是一种具有电压放大倍数高的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。 理想运算放大器的特性：

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（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。

表2-1

开环电压增益 输入阻抗

输出阻抗

带宽

A ud =∞ r i =∞ r o =0 f BW =∞

失调与漂移均为零等。

1．基本放大电路： 1）反向比例放大器

电路如图1-1所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 1R R U U F i o −=，为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻

F R R R //12=2）同相比例放大器

电路如图1-2所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： i F o U R R U )1(1+=，其中。

F R R R //12=

图1-1 反向比例放大器

图1-2 同相比例放大器

3）电压跟随器

电路如图1-3所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

i o U U =，图中，用以减少漂移和起保护作用。一般取10KΩ，太小起

不到保护作用，太大则影响到跟随性。

F R R =1F R F

R

图1-3 电压跟随器

2．高输入阻抗放大电路： 1) 同相交流放大电路

电路如图1-4所示。电容C 2将运算放大器两输入端之间的交流电压作用于电阻R 1的两端。对理想运放，两输入端是虚短的（近似等电位），即R 1的两端等电位，没有信号电流通过R 1，因此，对交流而言，R 1可以看作无穷大。

图1-4 同相交流放大电路 图1-5 自举组合电路

该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

i o U C R R U )11(2

23

ω++

=，为了减少失调电压，应满足213R R R +=

输入阻抗： 1

1321

)//()(1C j KR R R KZ Z i in ω+

++=

其中： K 为运算放大器的开环放大倍数； 为运算放大器的开环输入阻抗。

i Z 2）自举组合电路

电路如图1-5所示。这种利用反馈电路来减少向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路称为自举电路。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

o 6422

5U R R

U U R R U o i o −=−

=

输入电阻：2

12

1i R -R R R R =

当R 1= R 2，R 5= 2R 2，R 4= R 6时，则11

222I R U R U U I i

i o ==−=

，即I 1将全部由I 2提供，输入回路无电流，输入阻抗为无穷大。

3．高共模抑制比放大电路

1）双运放高共模抑制比放大电路

电路如图1-6所示。对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

25614

162i i o U R R U R R R R U −=

，其中R 3=R 1∥R 2，R 7=R 4∥R 5∥R 6。当5412R R

R R =，时，

输出电压为零，共模信号得到了抑制。

21i i U U

=

图1-6 双运放高共模抑制比放大电路

2）三运放高共模抑制比放大电路

电路如图1-7所示。三运放高共模抑制比放大电路又称测量放大器、仪表放大器等。它的输入阻抗高，易于与各种信号源相匹配。它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且漂移小，稳定性好。其共模抑制比大，能适于在大的共模电压的背景下对微小差值信号进行放大。

图中改变电位器R F1的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数；R 5，R F2，R 6用于调零，当 R 1=R 2, R 3=R 4，R 7=R 8时

则ic C id CMRR ic id F o U K GU K U R R U R R

R R U +−=++−=371

137)1(

其中，G是整个放大器对差模信号的增益：21(1

137F R R

R R G +=

C K 是整个放大器对共模信号的增益：CMRR

C K R R K 1

37=

是运算放大器N CMR K 3的共模抑制比 整个放大器的共模抑制比： CMRR F C CMR K R R K G

K 21(1

1+==

图1-7 三运放高共模抑制比放大电路

三、实验设备

1．测控电路实验箱 2．示波器

3．函数信号发生器 4．直流电压表

四、实验内容及步骤

实验前熟悉相应的实验单元，认清实验单元的信号输入及输出端口，打开实验箱上相应单元的电源。

1．反向比例放大器

（1）在实验挂箱上找到“U1通用的单元电路”，打开本单元电源开关，按图1-1搭好电路，输入端接地，用万用表测量输出端，调节本单元的电位器，使输出为零。 i U o U （2）调节信号发生器，使之输出f =1KHz的正弦信号，接入本单元的输入端，实验时要注意输入的信号幅度以确保集成运放工作在线性区，用示波器观测及输出电压的相位关系，记入下表中。 i U o U U i (V) U O (V) U i 波形 U O 波形 U O 与U i 的关系

2．同相比例放大器