《测控系统与电路》实验指导书.doc

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1、《测控系统与电路》实验指导书电气自动化实验中心２０15年3月实验一　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典型的三运放高共模抑制比放大电路的功能。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

2、大电路等。在非线性应用方面，可以利用它产生正弦波、三角波、方波等信号。本实验仅对集成运放施加线性反馈所具有的三运放高共模抑制比放大电路的功能进行分析。1．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1-1所示）的运算放大器称为理想运放。理想运放失调与漂移均为零等。表1-1开环电压增益输入阻抗输出阻抗带宽Aud=∞ri=∞ro=0fBW=∞2．理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式：U0=Aud(U+-U-)，而U0为有

3、限值，因此，(U+-U-)=0，即U+=U-，称为“虚短”。（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。以上两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。3．三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又称测量放大器、仪表放大器等。电路如图1-1所示。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。结构上：主

4、要由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1=R2=10K，R3=R4=10K，Rf=R5=1

5、0K的条件下，图1-1电路的增益为：G=(1+2R1/Rg)(Rf/R3)。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。具体的计算如下：（1）（2）由公式（2）得：将VO1、VO2代入公式（1）中(3)将R1=R2，R3=R4，Rf=R5代入公式（3）中得：由VO结果看出，改变电位器Rg的阻值，则可以改变对差模信号的放大倍数，整个放大器对差模信号的增益为G整个放大器对共模信号的增益为KCKCMRR是A3放大器的共模抑制比整个放大器的共模抑制比为KCMR若取R1=R2=10K、R3=R4=10K、Rf=R5=10K

6、、Rg=5K时则VO=5（V2-V1）VO2VO1V2V1图1-1三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．虚拟示波器3．万用表四、实验内容及步骤1．实验前的准备工作熟悉“测控电路实验箱”熟悉“双踪示波器”的使用方法熟悉相应的实验单元：“电源单元”、“信号发生单元一”、“信号运算放大和电压比较器”单元2．三运放高共模抑制比放大电路实验(注：本实验使用的运算放大器为TL081。)（1）运放调零在实验箱上找到“信号运算放大和电压比较器”单元，用连接线按图1-2搭建好电路——反相放大电路，仔细检查连线，确保无

7、误。输入端Ui接地，用万用表测量运放A1的输出端UO，调节本单元的电位器，使运放A1输出为零。同理：对运放A2、A3进行上述调零处理。注意：调零结束后，三个调零电位器不要再旋转。10K10K10KA1-TL081图1-2反相放大电路（2）按图1-1接线在实验箱上找到“信号运算放大和电压比较器”单元，用连接线按图1-1搭建好电路。共计：6个10K的电阻、一个电位器，3个运放a.3个运放A1、A2、A3的“-”端与“OUT”端分别接R1、R2、Rf（建议用同一颜色的6根导线，如“绿色”导线，便于查线）b.A1“OUT”端与A

8、3“-”端之间接R3；A2“OUT”端与A3“+”端之间接R4；切记R5一定要连接。（建议用同一颜色的6根导线，如“红色”导线，便于查线）c.运放A1“-”端与运放A2“-”端之间接电位器Rg,注意电位器Rg的中心抽头不要忘记连接；（建议用同一颜色的3根导线，如“黑色”导线，便于查线）d.仔细检查连线，确保无误后，将