應用電子學實驗講義（I）
實驗四之1
實驗四 運算放大器（Ⅱ）
零件
運算放大器 LF411（接腳和741同） 一枚；
電阻 10、47、100、470、1k、47k、100k、1M、10MΩ 各一枚，
電阻 4.7k、10k 各三枚；
電容 0.01µF、100pF 各一枚；
1.5V乾電池及座 一組。
目的
認識有源（主動式）積分器、微分器，以及電流源和實密特觸發等運算放大器 電路。
相關知識
1. 有源（主動式）積分器及微分器；
2. 電流源；
3. 正回授與實密特觸發。
預習問題
1. 請查閱電子元件資料，畫出LF411的八隻腳的接法。
2. 根據程序＜1＞中電路的元件值，對於頻率為500Hz及1000Hz、振幅均為1V
（DC offset=0）的方波輸入，計算輸出波形的峰值應為多少？
3. 在本實驗中，測試的是一些主動式微分器與積分器，與在實驗二中所測試的 被動式電路比較，被動電路的R、C和Vout、Vin(及dVout/dt、dVin/dt)有何限制？
主動式的還有這些限制嗎？假如這些電路還有負載呢？
4. (a)何謂實密特觸發(Schmitt trigger)？何謂滯壓H(Hysteresis)？(b) 分 別在VREF=0及1.5V，估計程序＜4＞中觸發電路的V+、V-及滯壓H 並畫出你所 預測的Vout-Vin圖。
程序
注意！除了程序＜4＞外，其它部分的Op. Amp. 電源均用±15V。
＜1＞
有源（主動式）積分器 （Active Integrator）
應用電子學實驗講義（I）
實驗四之2
電路如右圖：
其中和積分電容並聯的10MΩ是為 了防止Op Amp飽和（即Vout 跑到接 近+15或-15 V）。
1. Vin用一個頻率1kHz、振幅1V之方波輸入。輸入波之DC Offset須仔細調為0，
此電路對DC Offset很靈敏，因為DC Gain為100。觀察記錄Vout。假如Vout一直維 持在接近
±
15V(也就是Op Amp飽和了），請調一下Vin 之DC Offset。2. 頻率改為500Hz，記錄Vout，輸出之峰值較1kHz時有何改變？
3. 試試看正弦波（小心調整DC Offset！）輸入時輸出為何？請注意它們的相 位。
＜2＞
有源（主動式）微分器 （Active Differentiator）
微分器線路如右：
輸入串聯的1k電阻和回授電阻並聯之 100pF電容是為了讓線路穩定用（原理 以後在真正回授理論才講）。
1. 用1kHz之三角波輸入，觀察Vout。改變輸入之DC Offset，對Vout有影響嗎？
2. 改用1kHz弦波輸入，結果如你預期嗎？
＜3＞
電流源
右圖為一負載可接地的電流源：
用 一 個 1.5V的 電 池 做 參 考 直 流 電 壓 VREF。
1. 用100k、47k、10k、4.7k、1k、470、100、47及10Ω的電阻做負載ZL，分別測 量負載電壓VL的大小，再由VL/ZL算出負載電流IL。IL和ZL或VL有關嗎？（用桌
VL
應用電子學實驗講義（I）
實驗四之3
上 型 數 位 電 表 測 出 各 ZL及R1、R2、R3、R4的實際電阻值，問題與討論中用得 到。）
2. 若將負載改為的1M
Ω
電阻，測VL及Vx，這時IL為多少？這個電路還像一個定 電流源嗎？＜4＞
實密特觸發（Schmitt Trigger）
電路接線如右圖：
±V
pp=±10V。1. 先令VREF=0。Vin用1kHz、5Vp-p之正弦波，觀察Vin和Vout之波形；再用示波器 的X-Y模式，令Vin為X軸，Vout為Y軸，畫下示波器上的圖形。滯壓H(hysteresis) 有多大？
2. 令VREF=1.5V（用一個1.5V的乾電池），重複上面步驟。
3. 在步驟1中，若把Vin的頻率加大，Vout有何變化？
問題與討論
*1. 本實驗中所測試的主動式積分和微分器和實驗二中的被動式電路比較，有什 麼好處？
提示：在預習問題3中，曾比較過被動電路與主動式電路的R、C和Vout、Vin(及dVout/dt、
dVin/dt)限制，可以利用這些結果。
2. 在 程 序 ＜ 1＞中電路的元件值，對於頻率為500Hz及1000Hz、振幅均為1V
（DC offset=0）的方波輸入，實驗值為多少？與預習問題2中所求得的值比較 差多少？。
3. (a)在程序＜3＞電流源電路中，R2/R1和R3/R4的值由於電阻本身的誤差並不能 完全相同，因而造成在步驟1中IL和ZL稍微有關。請由你量到的實際R1、R2、 R3及R4值解釋IL的誤差； (b)解釋步驟2的結果。
4. 把實驗結果和在預習問題4中，對程序＜4＞中觸發電路的V+、V-及滯壓H (hysteresis)所預測的Vout-Vin圖比較。有何差異？
5. 請舉一個例子說明實密特觸發電路的應用。
