目标：在本实验中，我们将讲解一种有源电路——运算放大器（opamp），其某些特性（低输入电阻、较低输出电阻和大差分增益）使它沦为几近理想的放大器，并且是很多电路应用于中的简单建构模块。在本实验中，你将理解有源电路的直流偏置，并探寻若干基本功能运算放大器电路。我们还将利用此实验之后发展用于实验室硬件的技能。

材料：uADALM1000硬件模块u无焊试验板和跳线套件u一个1kΩ电阻u三个4．7kΩ电阻u两个10kΩ电阻u一个20kΩ电阻u两个AD8541器件（CMOS轨到轨放大器）u两个0．1μΩ电容（径向引线）1．1运算放大器基础知识第一步：相连直流电源必需为运算放大器一直获取直流电源，因此在加到任何其他电路元件之前，最差配备这些相连。图1表明都无焊接试验板上的一种有可能的电源配备。我们将两根宽轨用作于是以电源电压和地，另一根用作有可能必须的2．5V中间电源相连。

板上还包括电源去耦电容，其相连在电源和地（GND）轨之间。现在详尽辩论这些电容的用途还为时过早，只需告诉它们用作减少电源线上的噪声并防止寄生振荡。在仿真电路设计中，切勿在电路中每个运算放大器的电源插槽附近用于小型旁路电容，这被指出是较好实践中。

图1．电源相连将运算放大器放入试验板，然后加到导线和电容，如图1右图。为防止以后经常出现问题，有可能必须在试验板上张贴一个小标签，命令哪些电源轨对应5V、2．5V和地。导线不应利用颜色加以区分：红色为5V，黑色为2．5V，绿色为GND。

这有助维持相连的有序性。接下来，在ADALM1000板和试验板上的端子之间创建5V电源和GND相连。用于跳线为电源轨供电。留意，电源GND端子将是电路短路基准。

有了电源相连之后，有可能必须用于DMM必要观测IC插槽，保证插槽7为5V且插槽4为0V（地）。留意，用于电压表测量电压之前，必需将ADALM1000放入USB端口。单位增益放大器（电压追随器）：第一个运算放大器电路很非常简单（如图2右图）。这称作单位增益缓冲器，有时也称作电压追随器，它由切换函数VOUT＝VIN定义。

乍一看，它或许是一个多余的器件，但正如我们几天后将展出的那样，其简单之处在于低输入电阻和较低输出电阻。图2．单位增益追随器用于试验板和ADALM1000电源，建构图2右图的电路。请注意，此处并未具体表明电源相连。

任何实际电路中都会展开这些相连（如上一步中所做到的那样），因此从这里开始，原理图中没有适当表明它们。用于跳线将输出和输入相连到波形发生器输入CA－V和示波器输出CB－H。

地下通道A电压发生器设置为1．0V最小值和4．0V最大值（3Vp－p，以2．5V为中心），用于500Hz正弦波。配备示波器，使输出信号迹线表明为CA－V，输入信号迹线表明为CB－V。给定所产生的两个波形图，并将其包括在实验报告中，留意波形参数（峰值和频率的基波时间周期）。

你的波形应该证实其为单位增益或电压追随器电路的解释。缓冲器示例：运算放大器的高输入电阻（零输出电流）意味著发生器上的阻抗十分小；也就是说，没从源电路吸取电流，因此任何内部电阻（戴维宁等效值）上都没电压叛。所以，在这种配备中，运算放大器的起到类似于缓冲器，屏蔽信号源免遭系统其他部分带给的阻抗效应。

从阻抗电路的看作，缓冲器将非理想电压源转换成几近理想的电压源。图3得出了一个非常简单的电路，我们可以用它来展示单位增益缓冲器的这个特性。

这里，缓冲器挂在分压器电路和某一负载电阻（10kΩ电阻）之间。图3．缓冲器示例插入电源并将电阻加到到电路中，如图3右图（留意这里没变更运算放大器相连，我们只是相对于图2旋转了运算放大器符号以更佳地决定导线）。

新的相连电源，并将波形发生器设置为500Hz正弦波、0．5V最小值和4．5V最大值（4Vp－p，以2．5V为中心）。同时仔细观察VINCA－V和VOUTCB－H，并在实验报告中记录幅度。

用于示波器输出CB－H还能测量运算放大器插槽3上的信号幅度。图形实例如图4右图。

图4．缓冲器曲线去除10kΩ阻抗，取而代之1kΩ电阻。记录幅度。

现在移动插槽3和2．5V之间的1kΩ阻抗，使其与4．7kΩ电阻并联。记录输入幅度如何变化。你能预测新的输入幅度吗？非常简单放大器配备反互为放大器：图5右图为常规反互为放大器配备，输入末端有10kΩ负载电阻。图5．反互为放大器配备现在用于R2＝4．7kΩ装配图5右图的转换器放大器电路。

装配新的电路之前，请求忘记插入电源。根据必须切割成和倾斜电阻引线，使其平放到电路板表面，并为每个相连用于最短的跳线（如图1右图）。忘记，试验板有相当大的灵活性。

例如，电阻R2的引线不一定要将运算放大器从插槽2桥收到插槽6；你可以用于中间节点和跳线来跨过该器件。新的相连电源并仔细观察电流消耗，保证没车祸短路。现在将波形发生器调整为500Hz正弦波，设置为2．1V最小值和2．9V最大值（0．8Vp－p，以2．5V为中心），并再度在示波器上表明输出和输入。

测量和记录此电路的电压增益，并与课堂上辩论的原理展开较为。给定输出／输入波形图，并将其包括在实验报告中。图形实例如图6右图。图6．反互为放大器曲线趁此机会说道一下电路调试。

在课堂中的某个时候，你有可能无法让电路工作。这并不车祸，没有人是极致的。

但是，你不不应非常简单地指出电路不工作必然意味著器件或实验仪器有故障。这基本上不是事实，99％的电路问题都是非常简单的接线或电源错误。即便是经验丰富的工程师也不会不时错误，因此，学会如何调试电路问题是自学过程中十分最重要的一部分。

为你临床错误不是助教的责任，如果你以这种方式倚赖其他人，那么你就错失了实验的一个关键点，你将不大可能在以后的课程中取得成功。除非你的运算放大器起火，电阻上经常出现了棕色灼伤痕迹，或者电容发生爆炸，否则你的元器件很有可能没问题。

事实上，大多数器件在再次发生根本性受损之前都能忽视一定程度的欺诈。当事情危急时，最差的办法就是插入电源并找寻一个非常简单的说明，而不要缓着责备器件或设备。在这方面，DMM可是一件十分有价值的调试工具。输入饱和状态：现在将图5中的对系统电阻R2从4．7kΩ更加改回10kΩ。

现在的增益是多少？将输出信号的幅度较慢减少至2V，依然以2．5V为中心，并将波形给定到实验室笔记本电脑中。任何运算放大器的输入电压最后都会不受电源电压的容许，而在很多情况下，由于电路中不存在内部电压叛，实际容许要近大于电源电压。根据你的以上测量结果分析AD8541的内部压降。如果你有时间，可尝试用OP97或OP27放大器更换AD8541，并较为它能产生的大于和仅次于输入电压。

议和放大器电路：图7右图电路是一个具有四个输出的基本反互为放大器，称作议和放大器。图7的配备与你在教科书中看见的略有不同，因为ADALM1000只获取单个于是以电源电压。放大器的同互为（＋）输出相连到2．5V，即电源电压的一半，而不是短路。

这就转变了议和放大器方程式。输入电阻上经常出现的输出电压现在是相对于2．5V（即所谓共模电平）展开测量。

它们不应乘以2．5V，因此0VIN变成－2．5V，＋3．3VIN变成＋0．8V。输入电压也不应相对于＋2．5V电平来测量。为使常规方程式准确，输入电压也将乘以2．5V共模电平。

另一种思路是考虑到所有输出皆为2．5V（或悬空）的情况。任何输入电阻中都没电流流动（其两端的电压为0V），因此对系统电阻中也没电流流到（其电压为0V）。输入电压将为2．5V。此电路用于四个数字输入PIO0、PIO1、PIO2和PIO3作为输出电压源。

每个数字输入具备相似0V的较低输入电压或相似3．3V的高输入电压。用于变换（并校正2．5V共模电平），我们可以证明VOUT是VPIO0、VPIO1、VPIO2和VPIO3的线性和，其中每个都有自己独有的增益或比例系数（由1kΩ对系统电阻除以各自电阻扣除的比值原作）。

PIO0值最低，输入变化大于（低于有效地位），PIO3值低于，输入变化仅次于（最低有效地位）。请注意，PIO3电阻由两个4．7kΩ电阻并联而出。图7．议和放大器配备插入电源后，改动反互为放大器电路，如图7右图。

新的相连电源，然后用于数字输入控件填上以下两个表格。在第一个表格中，记录每个数字输入的低电压和低电压。

在高阻模式下用于CB－H示波器输出来已完成此任务。在第二个表格中，记录PIO0、PIO1、PIO2、PIO3的所有16种1和0人组的输入电压。你还不应证实，当所有四位悬空或正处于低压（X）状态时，输入电压显然为2．5V。

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