实验用运放的电压放大电路.docx

实验5有源RC电压放大电路

实验目的
学习有源RC电压放大器。本实验有三个电路，同相输入放大器，反相输入放大器，三运放仪器放大器。

实验仪器
示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。

预习内容
阅读LF353的“数据手册”，了解LF353的性能。
复习关于用运放和RC组成的电压放大器的理论知识。
阅读本次实验的教材，学习关于计及运放频率特性的有源RC电路的分析方法。

运算放大器与有源RC电路
图5.1LF353的简化原理图
图1是LF353数据手册中给出的简化原理
图。由图可见，它可划分为三个单元电路。第
一个单元是由漏极电流源I1、场效应管Q1、Q2
和源极恒流源负载（由Q3、D1、R1、R2组成）
组成的差动放大器。容易看出，它有很高的输
入电阻和很大的CMRR（共模抑制比）。第二个
单元是由集电极电流源I2、第三个单元防输出
交越失真二极管D2、D3、三极管Q4和交流电
压负反馈电容C1组成。容易看出，它有很高的
电压放大倍数。第三个单元是由Q5、Q6和防
输出交越失真二极管D2、D3组成的甲乙类功
率放大器。容易看出，它放大电流，使运放有
一定的带负载能力，亦使运放的输出电阻足够小。
通常，集成运放是高输入电阻、高电压放大倍数、低输出电阻的放大器。它由多个功能不同的放大单元电路级连组成。根据级连位置，在图1中称第一级差动放大器为输入放大器或前置放大器，称第二级电压放大器为通道放大器，称第三级甲乙类功率放大器为输出放大器。显然，这三个放大单元电路在整个运放中的位置是不能改变的。
通常，一个实用的放大器至少也应包括输入放大器、通道放大器和输出放大器。在已做过的四个实验中的放大电路都是放大单元电路，并不是一个实用的放大器。其中，实验1是没有交流负反馈的电压放大器，在实际中很少使用；实验2是有交流负反馈的电压放大器，可用做通道放大器；实验3是差动放大器，若去掉输入端的Rb1、Rb2，可用做输入放大器；实验4是甲乙类功率放大器，可用做输出放大器。
理想运放有以下假设（并非是理想运放的全部假设）：
开环增益无穷大，Aa0→∞。
输入阻抗无穷大，Rai→∞。
共模抑制比无穷大，CMRR→∞。
输入失调电压为零，Vioff→0。
输入失调电流为零，Iioff→0。
输出电阻为零，Rao→0。
以上假设使电路分析大大简化，得到的结果往往十分简洁。
实际运放的前三项都不是无穷大，后三项也都不为零。
在实际电路中，电路的实际性能指标与设计值之间有差别这是不可避免的，只要这种差别足够小，或在允许的范围内，就可以认可。例如：
当运放的开环增益大于大于用运放构成的闭环放大器的闭环增益时，就可以认为运放的开环增益无穷大，即Aa0→∞。
当运放输入端所接电阻的阻值远小于小于运放输入电阻时，就可以认为运放的输入阻抗无穷大，即Rai→∞。
当用运放构成的放大器的输入电阻远小于小于共模干扰源内阻时，就可以认为运放共模抑制比无穷大，即CMRR→∞。
当运放直流闭环后，输入信号电压大于大于输入失调电压时，就可以认为运放的输入失调电压为零，即Vioff→0。
当与运放输入端相连元件中的电流大于大于输入失调电流时，就可以认为运放的输入失调电流为零，即Iioff→0。
当运放输出端所接负载电阻远大于大于运放输出电阻时，就可以认为运放的输出电阻为零，即Rao→0。
在许多场合，理想运放的假设并不成立。例如：
某运放在10KHz处的开环增益为100，用该运放组成的反向输入放大器，用理想运放假设按闭环增益为20倍设计。当输入信号频率为10KHz时，放大器的实际放大倍数约为16倍。可见，这里就不能假设运放的开环增益为无穷大。
某运放的CMRR为100dB，而要求设计的放大器输入阻抗大于2M，共模抑制比大于93dB，这时候就不能假设运放的CMRR无穷大。
某电压型运放的输出电阻为60，通常要求负载大于等于2K，运放才能正常工作，才能假设运放Rao→0。若负载电阻过小，例如，负载被误接为100Ω，则运放不能正常工作，还有可能损坏运放。
实验6图6.1所示积分器，由于直流开环，运放直流开环增益很大，运放输入端的直流失调电压将乘以开环放大倍数被放大，往往使输出直流超过运放的直流偏置电压，积分器因
阻塞而不能工作。这时就不能假设运放输入失调电压为零。
称由R、C和运放组成的电路为有源RC电路。这是一类广泛使用的电路。用运放和RC的电压放大器是有源RC电路中的一类电路。
在电子专业教学计划中，通常“模拟电路”是第一门电子技术课。在此之前，学习者大都仅仅学习了“电路分析”或/和“电工学”，可能只有少数学校已讲授了“信号与系统”。所以，为了简化，在模拟电路课程中往往以“理想运放”为基础讲述有源RC电路。实际情况是：由“理想运放”导出的对有源RC电路的描述往往在几KHz以上