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  • 發布時間:2020-09-29 12:49 原文鏈接: 基本運算放大器配置(二)

    簡單放大器配置

    反相放大器:

    圖5所示為常規反相放大器配置,輸出端有10 kΩ負載電阻。

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    圖5.反相放大器配置

    現在使用R2 = 4.7kΩ組裝圖5所示的反相放大器電路。組裝新電路之前,請記住斷開電源。根據需要切割和彎曲電阻引線,使其平放在電路板表面,并為每個連接使用最短的跳線(如圖1所示)。記住,試驗板有很大的靈活性。例如,電阻R2的引線不一定要將運算放大器從引腳2橋接到引腳6;你可以使用中間節點和跳線來繞過該器件。

    重新連接電源并觀察電流消耗,確保沒有意外短路。現在將波形發生器調整為500 Hz正弦波,設置為2.1 V最小值和2.9 V最大值(0.8 V p-p,以2.5 V為中心),并再次在示波器上顯示輸入和輸出。測量和記錄此電路的電壓增益,并與課堂上討論的原理進行比較。導出輸入/輸出波形圖,并將其包含在實驗報告中。

    圖形實例如圖6所示。

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    圖6.反相放大器曲線

    趁此機會說一下電路調試。在課堂中的某個時候,你可能無法讓電路工作。這并不意外,沒有人是完美的。但是,你不應簡單地認為電路不工作必定意味著器件或實驗儀器有故障。這基本上不是事實,99%的電路問題都是簡單的接線或電源錯誤。即便是經驗豐富的工程師也會不時出錯,因此,學會如何調試電路問題是學習過程中非常重要的一部分。為你診斷錯誤不是助教的責任,如果你以這種方式依賴其他人,那么你就錯過了實驗的一個關鍵點,你將不大可能在以后的課程中取得成功。除非你的運算放大器冒煙,電阻上出現了棕色燒傷痕跡,或者電容發生爆炸,否則你的元器件很可能沒問題。事實上,大多數器件在發生重大損傷之前都能容忍一定程度的濫用。當事情不妙時,最好的辦法就是斷開電源并尋找一個簡單的解釋,而不要急著責怪器件或設備。在這方面,DMM可是一件十分有價值的調試工具。

    輸出飽和:

    現在將圖5中的反饋電阻R2從4.7 kΩ更改為10 kΩ。現在的增益是多少?將輸入信號的幅度緩慢增加至2 V,仍然以2.5 V為中心,并將波形導出到實驗室筆記本電腦中。任何運算放大器的輸出電壓最終都會受電源電壓的限制,而在很多情況下,由于電路中存在內部電壓降,實際限制要遠小于電源電壓。根據你的以上測量結果量化AD8541的內部壓降。如果你有時間,可嘗試用OP97或OP27放大器替換AD8541,并比較它能產生的最小和最大輸出電壓。

    求和放大器電路:

    圖7所示電路是一個帶有四個輸入的基本反相放大器,稱為求和放大器。圖7的配置與你在教科書中看到的略有不同,因為ADALM1000只提供單個正電源電壓。放大器的同相(+)輸入連接到2.5 V,即電源電壓的一半,而不是接地。這就改變了求和放大器方程式。輸入電阻上出現的輸入電壓現在是相對于2.5 V(即所謂共模電平)進行測量。它們應減去2.5 V,因此0 VIN變為-2.5 V,+3.3 VIN變為+0.8 V。輸出電壓也應相對于+2.5 V電平來測量。為使常規方程式正確,輸出電壓也將減去2.5 V共模電平。另一種思路是考慮所有輸入均為2.5 V(或懸空)的情況。任何輸入電阻中都沒有電流流動(其兩端的電壓為0 V),因此反饋電阻中也沒有電流流過(其電壓為0 V)。輸出電壓將為2.5 V。

    此電路使用四個數字輸出PIO 0、PIO 1、PIO 2和PIO 3作為輸入電壓源。每個數字輸出具有接近0 V的低輸出電壓或接近3.3 V的高輸出電壓。使用疊加(并校正2.5 V共模電平),我們可以證明VOUT是VPIO0、VPIO1、VPIO2和VPIO3的線性和,其中每個都有自己獨特的增益或比例系數(由1 kΩ反饋電阻除以各自電阻所得的比值設定)。

    PIO 0值最高,輸出變化最小(最低有效位),PIO 3值最低,輸出變化最大(最高有效位)。請注意,PIO 3電阻由兩個4.7 kΩ電阻并聯而成。

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    圖7.求和放大器配置

    斷開電源后,修改反相放大器電路,如圖7所示。重新連接電源,然后使用數字輸出控件填寫以下兩個表格。在第一個表格中,記錄每個數字輸出的低電壓和高電壓。在高阻模式下使用CB-H示波器輸入來完成此任務。在第二個表格中,記錄PIO 0、PIO 1、PIO 2、PIO 3的所有16種1和0組合的輸出電壓。你還應確認,當所有四位懸空或處于高阻(X)狀態時,輸出電壓確實為2.5 V。


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