運算放大器的使用方法

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運算放大器的使用方法（一）物理實驗三

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運算放大器的使用方法

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

可變電阻1k一枚

1.5V電池(包括電池座)一組 20k、100k各兩枚

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，如右圖。這裏的為15Volts。

․接腳1和5為歸零用，本實驗暫時不用。

․所有外部電路接好後再開電源( )；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：(1)用tracking，(2)用series， (3)正電源輸出之負端接地(用金屬片)，負電源之正端接地，(4)電流上限要調夠大，(5)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：

假如你只接了圖中的線，

鐵定你的電路不會work！

別忘了接±15Volts 電源。

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1. 用1kHz，DC OFFSET=0，振幅0.1

V

之弦波輸入，測，得出電壓增益。

2. 將之振幅加大，注意觀察，的最大振幅為多少(不被削截)？

3. 改變的頻率，在很高或很低的頻率此放大器還能正常工作嗎？

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，測出。再接上適當，再測得

。振幅均不變。【】

<二>非反相放大器（Non-inverting Amplifier）

基本接線如右下圖：（注意輸入端之＋，－）

重複步驟 < 一 > 中 1 至 5 。

注意！本電路之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(請使用校正過的×10探針量測)。

<三>隨耦器(Follower)

隨耦器的接線很簡單，如下圖：重複實驗程序<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。

注意事項：同實驗程序<二>

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＜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 1 ... （eq. 1）

當時，為一加法器（Adder）

1. 用一10kΩ代替，先接地(0V)。用1k可變電阻調整(注意可變電阻的使用方法)，串聯之1k電阻是用來限制之範圍。用DVM(數位電錶)測量，調整在+5和-5V之間，是否如預期？輸入改由一個1.5V的電池提供，改變，結果符合eq. 1嗎？

2. 的輸入改由信號產生器提供，輸入信號為1kHz，DC OFFSET=0，振幅1 V 之弦波；仍用DC電壓源，由1k可變電阻調整。對於不同值，用示波器觀察 (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？

※各實驗條件需記錄三個任意數據以驗證電路是否符合方程式！以下皆同。

<五>電壓差放大器（Difference Amplifier）

上圖為一電壓差放大器，可將兩輸入端和的差放大，即：

……(eq.2)

若，則，此電

路為一類比式減法器(Substrater)。

重複實驗程序<四>中之步驟，但 (eq.1)改為(eq. 2)，加法器改為減法器。

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預習問題

1. 請查閱電子元件資料(見參考資料，或者把元件名字當關鍵字在網路上搜尋 datasheet)，畫出LM741的八隻腳的接法，及排列方式。

2. 說明理想的運算放大器具有那些特性。

3. 閱讀運算放大器的參考資料，證明（eq. 1）和（eq. 2）。

4. 推導步驟一和二中放大器的放大率公式並代入數據算出實際放大率。

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：

2 ；、、為輸入電壓，為輸出。

3. 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。