應用電子學實驗講義（Ⅰ）
實驗三之1
實驗三 運算放大器的使用方法(一)
目的
了解並測試運算放大器的簡單應用電路
儀器
信號產生器、示波器、數位電錶 麵包板、接線及香蕉插座零件盒各一 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 一枚。
1.5V 電池（包括電池座） 一組
原理說明
實際741 的接法可參閱補充資料及元件資料，基本你所需要知道的事情如下：
〝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。（小心他從麵包板上跳起來！）
第一次接觸 IC 的同學請注意接腳的編號順 序。
您在使用 Op-Amp 前，必須加上電源± Vcc 如右圖。這裏Vcc 為 15Volts。
接腳 1 和 5 為歸零用，本實驗暫不用。
所有外部電路接好後再開電源﹝±Vcc﹞；
要拆線路前亦先關電源。
實驗步驟
接線時特別注意直流電源供應器的調整方式，（I）用tracking，（II）用serial，（III） 正電源輸出之負端接地（用金屬片），負電源之正端接地，(IV)電流上限要調夠 大，（V）電源的接地和電路（麵包板）的接地要接在一起。
＜一＞
反相放大器﹝Inverting Amplifier﹞
基本接線如右圖：
反相放大器 假如你只接了圖中的線，鐵定你的電路
不會work！別忘了接± 15 Volts 電源。
應用電子學實驗講義（Ⅰ）
實驗三之2
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〞？（看三角波形是否有失真）
5. 測量此放大器的輸入阻抗。
先不接Rtest，測出Vout。再接 上適當Rtest，再測得Vout’。Vs 振幅均不變。
Vout’/Vout=Rin/(Rtest+Rin)
＜二＞
非反相放大器（Non-inverting Amplifier）
基本接線如右圖：
（注意輸入端之＋，－）
重複步驟＜一＞中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（大於1MΩ）
來測。同時注意示波器之輸入阻抗所造 成的效應。
＜三＞
隨耦器（Follower）
隨耦器的接線很簡單，如下圖：
重複步驟＜一＞中之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。
非反相放大器
輸入阻抗測試電路 放大器等效電路
Rin
隨耦器
應用電子學實驗講義（Ⅰ）
實驗三之3
＜四＞
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 = 1 + 2 + Rf
... （eq. 1）
當Rf=R時，Vout=V1+V2為一加法器（Adder）
1. Rf用一 10kΩ代替，V1先接地（0V）。V2用1k 可變電阻調整（注意可變電阻 的使用方法），串聯之1k 電阻是用來限制 V2之範圍。用DVM 測量 V2，調整V2
在+5 和-5V 之間，Vout是否如預期？V1 輸入改由一個 1.5V 的電池提供，改變 V2，結果符合eq. 1 嗎？
2. 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）。這個電路是否是一個加法器？
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？
＜五＞
電壓差放大器（Difference Amplifier）
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 = 1 − 2 + Rf
...（eq. 2）
若Rf=R，則 Vout=V1-V2，此電路為 一類比式減法器（Substrater）。重 複步驟四中之步驟，但（eq.1）改 為（eq. 2），加法器改為減法器。
電壓差放大器
-15V
+15V
電壓和放大器
可調直流電源
應用電子學實驗講義（Ⅰ）
實驗三之4
預習問題
1. 請查閱電子元件資料（見參考資料），畫出LM741 的八隻腳的接法，及排列方 式。
2. 閱讀運算放大器的參考資料，證明（eq. 1）和（eq. 2）。
3. 計算步驟一和二中放大器的放大率。
數據分析與思考問題
1. 整理每一步驟的數據結果，並和理論值比較。回答步驟中的問題。
2. 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。
4. 利用 Op-Amp 設計一個輸入阻抗為 50Ω，放大率為 100 的非反相放大器。
