实验十八、测量运放的开环差模放大倍数

文章详细介绍了使用简易电路测试集成运放开环差模增益的原理,通过Multisim仿真来验证和计算放大倍数。电路中利用负反馈和耦合电容,输入低频正弦信号,通过比较输入和输出电压峰值来估算开环差模放大倍数。在仿真中,通过调整参数并观察示波器读数,得到了不同型号集成运放的增益数据。

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一、题目

如图1所示为简易测试集成运放开环差模增益的电路。因集成运放的上限频率很低,开环差模增益很高,故输入为低频正弦小信号(如频率为 10 Hz10\,\textrm{Hz}10Hz、峰值 UipU_{ip}Uip10 mV10\,\textrm{mV}10mV ),测得输出电压峰值为 UopU_{op}Uop,即可得开环差模放大倍数。
CCC 为耦合电容,故应取值足够大。

在这里插入图片描述图1  测量集成运放开环差模增益图1\,\,测量集成运放开环差模增益1测量集成运放开环差模增益(1)分析电路中的反馈,说明测量原理,求出开环差模放大倍数的表达式。
(2)在 Multisim 环境下仿真,测试集成运放的开环差模增益。

二、测量原理

(1)图1所示电路中通过 R2R_2R2R3R_3R3 引入了负反馈。当有交流信号输入时,由于集成运放的输入电阻远大于 R1R_1R150 Ω50\,Ω50Ω ),故其净输入电压U˙d≈U˙n≈R1R1+R2⋅U˙i\dot U_d\approx\dot U_n\approx\frac{R_1}{R_1+R_2}\cdot\dot U_iU˙dU˙nR1+R2R1U˙i如果能够较准确地测出输出电压,则开环差模增益Aod≈∣U˙oU˙n∣≈(1+R2R1)∣U˙oU˙i∣A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n}\Big|\approx\big(1+\frac{R_2}{R_1}\big)\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_i}\Big|AodU˙nU˙o(1+R1R2)U˙iU˙o为了更接近实际的 AodA_{od}Aod,在 Multisim 中可直接测试 U˙n\dot U_nU˙nU˙p\dot U_pU˙pU˙o\dot U_oU˙o,得Aod≈∣U˙oU˙n−U˙p∣A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n-\dot U_p}\Big|AodU˙nU˙pU˙o实际测试发现 U˙p\dot U_pU˙p 可忽略不计,因此 Aod≈∣U˙oU˙n∣A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n}\Big|AodU˙nU˙o

三、仿真电路

(2)在 Multisim 环境下搭建如图2所示的测试电路。

在这里插入图片描述
图2  测量集成运放的开环差模放大倍数图2\,\,测量集成运放的开环差模放大倍数2测量集成运放的开环差模放大倍数

四、仿真内容

为了测试方便,观察示波器 XSC1,调整 C1C_1C1 使 U˙o\dot U_oU˙oU˙n\dot U_nU˙n 为反相,读出它们的峰值,即得开环差模增益。
对于不同型号的集成运放,需对信号源及 C1C_1C1 参数作适当的调整。

五、仿真结果

型号LF347NAD380JHCA0124EMAX402CPA
U˙n\dot U_nU˙n/μV-95.578-9.806-100.744-99.453
U˙o\dot U_oU˙o/V10.5000.3852.3840.83
AodA_{od}Aod/dB101928778
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