應用電子學實驗講義（I）
實驗三之1
實驗三 運算放大器電路（I）
零件
運算放大器 LM741 一枚；
電阻 1k、10k 各四枚， 1M 一枚；
20k、100k 各兩枚；
可變電阻 1k 兩枚。
目的
了解並測試運算放大器的簡單應用電路
相關知識
1. 運算放大器之基本使用方法；
2. 運算放大器所購成之反相及非反相放大器；
3. 電壓和﹝差﹞放大器。
有關運算放大器的基本原理請詳閱補充資料〈六〉，741 Op-Amp 之接腳和使用方法請查閱網站上電子元件 資料。
預習問題
1. 請查閱電子元件資料，畫出 LM741 的八隻腳的接法。
2. 參考補充資料（六）計算一下，程序和 2 中所得的增益之理論值為何？
3. 證明（式 3.1）和（式 3.2）。
4. 在程序的步驟 5，要量測放大器的輸入阻抗，請利用提示和查閱課本及講義，敘述出 如何量測輸入阻抗？並請用程序中所給的 Vin推測一下阻抗大小及 Rtest加多大才合 適？
程序
＜1＞
反相放大器﹝Inverting Amplifier﹞
基本接線如右圖：
當然，假如你只接了右圖中的線，鐵定你的電 路不會 work！別忘了接± 15 Volts 電源。
實際 741 的接法可參閱補充資料〈六〉及元件
資料，第七頁。不過基本你所需要知道的事情如下：
l 〝DIP〞﹝dual-in-line﹞包裝的 IC 可以很自然地插入麵包板，您絕對不需要對它的腳﹝pin﹞做矯正手 術。
反相放大器
應用電子學實驗講義（I）
實驗三之2 l 第一次接觸 IC 的同學請注意接腳的編號順序。
l 您在使用 Op-Amp 前，必須加上電源± Vcc 如下圖。這裏 Vcc 為 15Volts。
l 接腳 1 和 5 為歸零用，本實驗暫不用。
l 所有外部電路接好後再開電源﹝±Vcc﹞；要拆線路前亦先關電源。
1. Vin用 1KHz，DC Offset=0，振幅 0.1Volt 之弦波輸入，測 Vout，得出電壓增益。
2. 將 Vin之振幅加大，注意觀察 Vout ，Vout 的最大振幅為多少（不被削截）？
3. 改變 Vin的頻率，在很高或很低的頻率此放大器還正常工作嗎？
4. 試試看三角波輸入，這放大器是否非常〝線性〞？
5. 測量此放大器的輸入阻抗（方法自己想！）。
提示：你可以利用右圖之測試電路，
試試不同的 Rtest及 Vs，記錄 Vout，推 算出 Rin。
這裏並沒讓同學測輸出阻抗，您知道為什麼嗎？
原因有三：•Rout太小；‚Op-Amp 的輸出電流有限制；ƒ節省中華民國納稅人的錢！
＜2＞
非反相放大器（Non-inverting Amplifier）
基本接線如右圖：
（注意輸入端之＋，－）
重複程序＜1＞中步驟 1 至 5。
注意！本電路之 Rin 較上一個電路高很多，故 需用較大的串聯電阻（約 1MΩ）來測。同時 注意示波器之輸入阻抗所造成的效應。
輸入阻抗測試電路 放大器等效電路
非反相放大器
應用電子學實驗講義（I）
實驗三之3
＜3＞
隨耦器（Follower）
隨耦器的接線很簡單，如右圖：
重複程序＜1＞中之步驟 1 至 5。
通常我們把此種隨耦器叫〝緩衝器〞
（ Buffer），用於電路之輸入或輸出部 分。
＜4＞
電壓和放大器（Summing Amp.）
上面的電路將兩輸入 V1和 V2的和放大，即
V V V
2 1 R
out
R
1 2 f
= + +
... （式 3.1）當 Rf=R 時，Vout=V1+V2為一加法器（Adder）
1. Rf用一 20kΩ代替，V1和 V2各用 1k 可變電阻調整，串聯之 1k 電阻是用來限制 V1和 V2之範圍。用 DVM 測量 V1，V2及 Vout，確定電路如預期（式 3.1）工作。改變 V1、V2， 再檢查 Vout。
2. Rf改為 10kΩ，確定它為一加法器。
3. V1的輸入改由信號產生器提供，輸入信號為 1kHz，DC offset=0，振幅 1 Volt 之弦波；
V2仍用 DC 源，由 1k 可變電阻調整。對於不同 V2值，用示波器觀察 Vout（用 DC 檔，
注意 DC offset）。
你注意到了嗎？此電路可不就是一個〝卡拉 OK〞中的〝混音器〞（Mixer）嗎？很簡單吧？
＜5＞
電壓差放大器（Difference Amplifier）
電壓和放大器
可調直流電源
隨耦器
應用電子學實驗講義（I）
實驗三之4
右圖為一電壓差放大器，可將兩 輸入端 V1和 V2的差放大，即
V V V
2 1 R
out
R
1 2 f
= − +
... （式 3.2）若 Rf=R，則 Vout=V1-V2，此電路為一類比 式減法器（Substrater）重複程序 4 中之步 驟，但（式 3.1）改為（式 3.2），加法器 改為減法器。
問題與討論
1. 將程序 1 和 2 中所得之增益和在預習問題 2 中所求得的理論值比較。
2. 在預習問題 3 中，證明了程序 4 與 5 的（式.）與（式 32），請問在實驗過程中，
實驗結果是否與公式相符合？如果沒有，請推測誤差原因。。
3. 請利用 Op-Amp（個數不限制）設計一電路做下面運算：
Vout=V1+2V2-V3 V1、V2、V3為輸入電壓，Vout為輸出。
END OF EXP. 3
電壓差放大器
-15V
+15V
