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基本运算放大器配置(三)

2020.9.29

表1.低电压和高电压

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表2.输出电压

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使用电阻值计算每个输入组合的预期输出电压,并与测量值进行比较。

同相放大器:

同相放大器配置如图8所示。与单位增益缓冲器一样,此电路具有(通常)较好的高输入电阻特性,因此它可用于缓冲增益大于1的非理想信号源。

学子专区:基本运算放大器配置

图8.具有增益的同相放大器

组装图8所示的同相放大器电路。组装新电路之前,请记得关闭电源。从R2 =1 kΩ开始。

施加一个500 Hz正弦波,CA-V设置为2.0 V最小值和3.0 V最大值(1 V p-p,以2.5 V为中心),并在示波器上显示输入和输出波形。测量此电路的电压增益,并与课堂上讨论的原理进行比较。导出波形图并将其包含在实验报告中。

图形实例如图9所示。

学子专区:基本运算放大器配置

图9.同相放大器曲线

将反馈电阻(R2)从1 kΩ增加到约4.7 kΩ。记住,你可能需要降低输入的幅度以防止输出饱和(削波)。现在的增益是多少?

增加反馈电阻,直到削波开始——也就是说,直到输出信号的峰值因为输出饱和而开始变平。记录这种情况发生时的电阻。现在将反馈电阻增加到100 kΩ。在你的笔记本中描述并绘制波形。此时的理论增益是多少?考虑此增益,输入信号必须小到什么程度才能使输出电平始终低于5 V?尝试将波形发生器调整为此值。描述所实现的输出。

最后一步强调高增益放大器的重要考虑因素。对于小输入电平,高增益必然意味着大输出。有时候,这可能导致意外饱和,原因是对某些低电平噪声或干扰进行了放大,例如对拾取自电力线的杂散60 Hz信号的放大。放大器会放大输入端的任何信号......无论你是否需要!

运算放大器用作比较器

将运算放大器配置为比较器,便可利用运算放大器的高固有增益和输出饱和效应,如图10所示。这本质上是一个二元状态决策电路:如果“+”端子上的电压大于“–”端子上的电压,VIN > VREF,则输出变为高电平(在其最大值时饱和)。相反,如果 VIN < VREF,则输出变为低电平。电路比较两个输入端的电压,根据相对值产生输出。与之前的所有电路不同,输入和输出之间没有反馈;对于这种情况,我们说电路是开环运行的。

学子专区:基本运算放大器配置

图10.运算放大器用作比较器

比较器的使用方式不同,在以后的部分中我们会看到它的实际应用。在这里,我们将以常见配置使用比较器,生成具有可变脉冲宽度的方波。首先断开电源并组装电路。在反相输入VREF上使用固定的2.5 V输出作为直流电源。

同样,在同相输入端配置波形发生器CA-V:500 Hz频率、2 V最小值和3 V最大值的三角波(以2.5 V为中心)。重新连接电源后,导出输入和输出波形。

图形实例如图11所示。

学子专区:基本运算放大器配置

图11.运放比较器曲线

现在通过增大(正移位)或减小(负移位)最小值和最大值来缓慢移动三角波的中心,并观察输出发生的情况。你能予以解释吗?

对正弦波和锯齿波输入波形重复上述步骤,并在实验报告中记录你的观察结果。

问题:

u         压摆率:如何测量和计算单位增益缓冲器配置的压摆率?将其与OP97数据手册中列出的值进行比较。

u         求和电路:使用叠加导出图8电路的预期传递特性。根据VIN0、VIN1、VIN2和VIN3求出输出电压。将理想关系的预测与你的数据进行比较。

u         比较器:如果VREF的极性反转会发生什么?

以上问题可在学子专区博客上找到答案。

作者:Doug Mercer和Antoniu Miclaus   ADI公司

作者简介:Doug Mercer 于1977年毕业于伦斯勒理工学院(RPI),获电子工程学士学位。自1977年加入ADI公司以来,他直接或间接贡献了30多款数据转换器产品,并拥有13项ZL。他于1995年被任命为ADI研究员。2009年,他从全职工作转型,并继续以名誉研究员身份担任ADI顾问,为“主动学习计划”撰稿。2016年,他被任命为RPI ECSE系的驻校工程师。

Antoniu Miclaus 现为ADI公司的系统应用工程师,从事ADI教学项目工作,同时为实验室电路?和QA流程管理开发嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚Cluj-Napoca加盟ADI公司。他目前是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项目的理学硕士生,拥有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。


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