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◎ 電 子 實 習 ( 二 ) 項 目 : PowerPoint PPT Presentation


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◎ 電 子 實 習 ( 二 ) 項 目 :. 1 、運算放大器 ( 暨 LM741 元件 ) 簡介 . 2 、反相放大器 / 非反相放大器 / 電壓隨耦器 測試 . 3 、輸入阻抗 / 輸出阻抗 /S.R. 參數 測試 . 4 、頻率響應 /GBP 值 測試 . 5 、輸出偏移電壓 / 零位補償電路 測試 . 6 、差量電壓放大器 / 加法電路 / 減法電路 測試 . 7 、儀表放大器 測試 . 8 、積分器 / 微分器 測試 . 9 、比較器 / 史密特觸發電路 測試 . 10 、無穩態 / 雙穩態 / 單穩態多諧掁盪器 測試 .

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◎ 電 子 實 習 ( 二 ) 項 目 :

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Presentation Transcript


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◎ 電 子 實 習 (二) 項 目 :

  • 1、運算放大器(暨LM741元件)簡介.

  • 2、反相放大器/非反相放大器/電壓隨耦器 測試.

  • 3、輸入阻抗/輸出阻抗/S.R.參數 測試.

  • 4、頻率響應/GBP值 測試.

  • 5、輸出偏移電壓/零位補償電路 測試.

  • 6、差量電壓放大器/加法電路/減法電路 測試.

  • 7、儀表放大器 測試.

  • 8、積分器/微分器 測試.

  • 9、比較器/史密特觸發電路 測試.

  • 10、無穩態/雙穩態/單穩態多諧掁盪器 測試.

  • 11、三角波產生器 測試.

  • 12、韋恩電橋掁盪器暨其它掁盪電路 測試.

  • 13、計時器 IC 555 應用電路.


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實習一:反相放大器測試


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實 習 步 驟 :

  • Vi與RL未接,示波器DC檔測VO 。 VO近似__________________。

  • 令Vi = 0.5V峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH 1測Vi 、CH 2測Vo, Av = Vo/Vi = _______________ 。

  • 【註】:示波器CH 1設定0.5V/DIV,CH 2設定5V/DIV、再按【反相】【INV】鍵,看CH 1與CH 2在示波器螢幕上的波形是否重疊吻合?若重疊吻合則代表Av = -10 。

  • 【注意】:若Vo ≒ 0、Vi 、+Vcc 、-Vcc ,則表示OP 壞了。

  • RL = 10k接上,示波器測Vo與Vi, Av = Vo/Vi = _______________ 。

  • RL = 100k接上,示波器測Vo與Vi, Av = Vo/Vi = _______________ 。

  • 將Vi掁幅調大(例:2V峰值),直至VO上、下截波失真,記錄VO波形與值,此時示波器CH 2【INV】鍵鬆開、定好時基線、用DC交連測。

  • +VO (Max ) = _______________ ,- VO (Max ) = ________________ 。

  • 改Vi = 直流0.5V,示波器測Vo與Vi, Av = Vo/Vi = _______________ 。

  • 改R f = 20 kΩ,重覆步驟2、但Vi要調小一些, Av= Vo/Vi = ___________ 。

  • 改電路為非反相放大器,R = 1 kΩ、R f = 10 kΩ、RL不接,重覆步驟2、

  • Av= Vo/Vi = _______________ 。

  • 注意事項:

  • 1、電路用到雙電源,請將電源供應器選在串聯(SERIES)同步模式。CURRENT

  • 旋鈕調在9點鐘方向(最大電流約數百m A)。

  • 2、Vi = 直流0.5V:將訊號產生器上的波形鍵鬆開後再調DC OFFSET旋鈕(拉起來調),同時用示波器 CH 1 接在Vi 。

  • 3、741的 ±Vcc ( max ) = ± 22V,741C的 ±Vcc ( max ) = ± 18V,本實驗室的 ±Vcc用 ± 10V,是為避免超過10V的電壓不小心加到訊號產生器的輸出端,燒壞訊號產生器。


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Vi與RL未接


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令Vi = 0.5V峰值


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RL = 10k


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RL = 100k


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改R f = 20 kΩ,重覆步驟2


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改電路為非反相放大器,R = 1 kΩ、R f = 10kΩ、RL不接,重覆步驟2


Ri ro s r

實習二:Ri/Ro/S.R.參數測試


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實 習 步 驟 :

  • (一)測Ri

  • ±Vcc用 ± 10V,先測OP好、壞,將訊號產生器先略過RX 接到Vb,令Vb = 0.5V峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH 1測Vb、CH 2測Vo, Av = Vo/Vb = _______________ 。

  • 【註】:若Av = -10,則表示OP 好的,若Vo ≒ 0、Vi 、+Vcc 、-Vcc ,則表示OP 壞了或是電路接錯。

  • 再將訊號產生器如圖接上,Va = 0.5V峰值,示波器測Va與Vb,Va = __________ 、Vb = _________,則Ri = _________ 。

  • 公式:Vb = Va × RI ÷ ( RX + RI )

  • 改RX 與R = 2k,重覆步驟2, Va = ____ 、Vb =_____ ,則Ri = __________ 。

  • (二)測Ro:將電路圖上的RX 去掉。

  • 此電路為反相放大器,改R = 10 kΩ、R f = 1 kΩ、RL不接,令Vi = 0.1V峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH 1測Vi 、CH 2測Vo, Av = Vo/Vi = _______ ,Vo = _________ 。

  • 再將RL = 10Ω接上,重覆步驟4,Vo 稱VL= ________,則Ro= ________ 。

  • 公式:VL= VO × RL ÷ ( RO + RL )

  • 將Vi改5V峰值,則Vo波形會載波,Io(max) = Vo(max) / RL = ____。RL = 10Ω。

  • (三)S.R.參數測試:將電路圖上的RX 去掉,R = 1 kΩ、R f = 10 kΩ、RL不接。7、令Vi = 0.5V峰值、f = 1k HZ方波,示波器CH 1測Vi 、CH 2測Vo,記

  • 錄Vo波形 = _________ ,則S.R. = ΔVo/Δt = _________ 。

  • 8、改Vi的頻率 f = 10 k Hz,重覆步驟7,Vo波形 = ____ ,則S.R. =______。

  • 9、改Vi的頻率 f = 100k Hz,重覆步驟7,Vo波形 = ____ ,則S.R. =______。

  • 10、改Vi = 0.5V峰值弦波,頻率 f由10 k Hz往上調大,直到Vo波形變成三角波,記錄Vo波形 = ____ ,則三角波的斜率 = S.R. =______。

  • Q&A:對放大器而言,若Vi為弦波,卻得Vo為三角波,試問原因為何?


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《ㄧ.》S.R(Slew Rote 移動率)

定義:S.R≡

意即:Vi變化時,Vo的變化速率 

亦:電路所能給Vo的最大變化率

EX:

▲S.R=定值

註:741的S.R=0.5~1V/μs

EX:上例已知S.R=1V/μs

casel若f=1kHz→ Vo波形

Ans:S.R=

1V/μs=

∴Δt=20μs

T=1/f=1 s

T/2=500μs

Vi

Av=-10

Vo

方波


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EX:f=10kHz Vo 波形

Ans:

的比例大 失真明顯

EX:若f=10kHz Vo 波形?

Ans:T/2=10μs而變化20V的ΔVo

需20μs得Δt

Vo嚴重失真成三角波

Vo(理)=Vi*Av

若Vo=弦波

完成Vm‧sinωt(峰值)

EX:若Vo(理)=10V峰值弦波

已知S.R=1V/μs


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Cas1:若f=1kHz Vo波形?

Ans:(作圖)T=1/f=1ms=1000μs


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Cas2:若f=50kHz Vo波形?

Ans:(作圖)T=1/50ms=20μs


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Ques:放大器,若Vi為弦波,卻得Vo為三角波,原因?

Ans:1.電路的S.R太小

2. Vi的f大

▲要弦波Vo不失真 原點的變化率<S.R

弦波Vo= Vm‧sinωt

不失真:

;

ω‧Vm<S.R

ω<S.R/Vm or f= S.R/2πVm


F max s r 2 vo p vo

最大不失真頻率:f(max)=S.R/2πVo(p)(Vo的峰值)


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已知S.R=1V/μs,若Vi=1V峰值,弦波 f(max)=?

Sol:Av=-Rf/R=-10

Vo(p)=Vi(p)*∣Av∣

=1V*10=10V

f(max)=S.R/2π* Vo(p)

=(1V/μs)/6.28*10V

=1/62.8

示波器螢幕顯示圖


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實習三:頻率響應與GBP值參數測試


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實習步驟:

  • (一)測電壓增益Av:

  • ±Vcc用 ± 10V,先測OP或是電路好、壞,將訊號產生器接到Vi,令Vi = 0.5V峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH 1測Vi、CH 2測Vo, Av = Vo/Vi = _______________ 。

  • 【註】:若Av = -10,則表示OP 好的,若Vo ≒ 0、Vi 、+Vcc 、-Vcc ,則表示OP 壞了或是電路接錯。

  • 此電路為反相放大器,Av = Vo/Vi = - R f / R 。

  • (二)測頻帶寬度BW:

  • 重令Vi = 50 mV峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器用DC交連方式,CH1測Vi、CH2測Vo,微調頻率f使Vo與Vi剛好完全反相, Av = Vo/Vi = - 10,此時Vo記做VO (mid ) =____________。

  • 將Vi的頻率f往上調,使Vo變為1/ VO (mid ) (≒0.7 VO (mid ) ),此時f稱做fch=___________。

  • 再將Vi的頻率f往下調,會發現Vo皆等於VO (mid ) 。

  • 因為OP為直流放大器,∴頻帶寬度BW = fch = ___________ 。

  • (三) GBP = Av × BW

  • 7、上述之測試,GBP = Av × BW = ____________ 。

  • 8、將R f 改成5kΩ (用兩個10kΩ並聯),重新測Av = __________ ,

  • 頻帶寬度BW = __________ ,GBP = Av × BW = ____________ 。

  • 9、改R為5kΩ、R f 為10kΩ,重新測Av = __________ ,

  • 頻帶寬度BW = __________ ,GBP = Av × BW = ____________ 。

  • 10、步驟7、8、9、所測得之GBP值是否相同?

  • 註:3dB點之Vo,若失真成三角波,則應將Vi電壓調小,重新測試。

  • Q&A:如何測量放大器的頻帶寬度BW?


Gbp gain bandroidth product

參數GBP﹤Gain Bandroidth Product﹥

GBP=Av*Bw=定值

EX:741 A=2*105 BW=5Hz

GBP=2*105 *5Hz=1MHz

另例如右圖:

分析:Av=-Rf/R=-10

BW=GBP/∣Av∣

=1MHz/10=100kHz

EX:若上題Rf=100kΩ

∴ BW=GBP/100=10kHz

741


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▲電路中的電容效應

1.延遲訊號的反應時間限制了電路的反應速率,為了S.R參數的定義依據

2.對訊號造成分流or衰減Vo變小(不是失真),即Vo的功率變小,為頻寬BW定義依據

△BW的定義:

半功率點<-3dB點>的頻率範圍


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Po=Vo2/RL

Po=由1變到1/2

即Vo變為來的1/√2倍


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△如何測頻寬:(BW)

1.Vi加弦波,電壓大小適當,f先置中頻帶;示波器測Vo記Vo(mid)

2.調f↑,使示波器測Vo=變為來的1/√2 Vo(mid),此時之f稱fH

3.調f↓找fL

4.BW= fL ~ fH


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△實務上:

1.f先置中頻,微調Vi大小使Vo(mid),在示波器螢幕上呈整數滿格子數,ex:5格,再調f,使Vo變0.7倍,即0.7*5=3.5格→此f即為半功率f


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已知參數GBP=1 v/μs→BW=?


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Ans:理論BW=GBP/|Av|=1MHz/10=100kHz( fH)

測試時:

1.若Vi=0.1V(P)

由S.R.參數可知

fmax=S.R./2πV(P)

=(1v/μs)/0.28*1V

=1/6.28MHz,知fH<fmax

→可測到真正的fH

2.若Vi=1V(P)→最大不失真頻率fmax=16kHz

→fH>fmax

→測不變真正的fH


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實習四:輸出偏移電壓與零位補償電路測試


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實習步驟:

  • (一) 先測OP或是電路好、壞:

  • 接上圖(1),±Vcc用 ± 10V,將訊號產生器接到Vi,令Vi = 0.5V峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH 1測Vi、CH 2測Vo, Av = Vo/Vi = ________ 。

  • 【註】:此電路為反相放大器,Av = Vo/Vi = - R f / R,若Av = -10,則表示OP 好的,若Vo ≒ 0、Vi 、+Vcc 、-Vcc ,則表示OP或電路故障。

  • (二)測輸入偏移電壓V io,與輸入偏壓電流IB:

  • 2、接上圖(2),示波器用DC交連方式測Vo,V io= Vo =__________。

  • 【註】IC741,A=2×105 ,IB = 80 nA(典型值) 。

  • 3、接上圖(3),示波器用DC交連方式測Vo,IB = Vo/R f =__________。

  • (三)外加補償電阻Rc補償偏壓電流的影響:

  • 4、令上圖(1)之Vi = 0,示波器用DC交連方式(或用數位電壓表DCV檔)測Vo,

  • 此Vo稱VO(offset) ,VO(offset) = _______________。

  • 5、在「+」端前加Rc =R∥R f = 1kΩ,重測Vo,VO(offset) = __________。

  • (四)IC零位補償接腳補償:步驟5中Rc去掉。

  • 6、令上圖(1)之Vi = 0,VO(offset) = _____,由IC接腳補償能否使Vo補償至0?


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  • 7、改圖(1)之R與R f 如下表,測VO(offset) ,能否使Vo補償至0?

  • RR f Av未補償前VO(offset) 能否使Vo補償至0?1k10k-1010k100k-10100k1M-101M10M-10【註】IC741補償方法:第1、5腳接VR10k兩端、中間接第4腳(即-Vcc)。

    (五)外置補償電路補償:

  • 8、反相放大器:圖(1)之第3腳不接地,改接VR10k之中間接腳、VR10k兩端各接1MΩ電阻到+Vcc與-Vcc,調VR10k使當Vi=0時Vo=0,問:能否使Vo補償至0?

  • 9、非反相放大器:、、、類推。

  • 註:測試順序:一、四、三、二(3、2),改圖(3) R f = 10MΩ。


Vo offset

一.輸出偏移電壓Vo(offset)

產生的原因:

1.內部的:

Vo=Vi*A

(I)理想Vo=0

(II)若≠0,稱為

Vo(offset)→是直流


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等效成:


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又等效成:

輸入偏移電壓,極性不確定


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2.外部的:

△OP做放大器,需接負回授(虛接地)如下


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(i)Vio的影響:

Vio * Av(非反) = (1+Rf/R)


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輸入偏壓電流《 I(+)or I (-)》的影響:


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V(+) = V(-) = 0V

∴IR=0,∴I(-)=If

而Vo (offset)=If * Rf=I(-) * Rf

平均偏壓電流:(I(-)+I(+))/2

註:741,IB=80nA(典型值)

EX:設I(-)=80nA,(1)若Rf=10kΩ→ Vo (offset)

=I(-) * Rf=80nA*10kΩ=800μV=0.8mV

(2)若Rf=10MΩ→ Vo (offset)=I(-) * Rf

=80nA*10MΩ=800mV→ so big


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▲補償I(-)影響的方法,在(+)端前加Rc


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Vo (offset)=If * Rf-I(+) * Rc

V(+) = V(-) =-I(+) * Rc

IR=(0-V(+))/R

If=I(+) –IR

若Rc用R//Rf的大小

Vo (offset)=〔 I(-) - I(+) 〕* Rf

= Ios* Rf

理想:I(-) = I(+)

定義:輸入偏壓電流

Iio=|I(+) - I(-) ︱

P.S:741, Iio =20nA(典型)


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二.補償方法:

1.Ic接腳補償(查資料單)調VR=10k,使Vi=0時,Vo=0

2.外部補償(略)(註:環境中的雜訊源)


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2.測Vo (offset)時:示波器可能呈現情形如上圖,其直流準位即為Vo (offset)

3.若干擾嚴重(1)檢查各接地點(2)用手〝接〞地點,輔助接地


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步驟七:

Vio*(1+Rf/R)+I(-)*Rf

Vio:1mv(741典型值),正負皆有可能(設-1mv)

;I(-):80nA,永正(741典型性)

則(-1mv) *(11)+ 80nA *10kΩ = -10.2mv

(-1mv) *(11)+ 8mv = -3mv

(-1mv) *(11)+ 80mv = 69mv

(-1mv) *(11)+ 800 = 789mv

上表各項之理論值


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實習五:差 量 電 壓 放 大 電 路 測 試


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實 習 步 驟 :

  • (一) 先測OP或是電路好、壞:參考之前之實習項目,±Vcc用 ± 10V。

  • (二) 反相加法電路測試:做交流測試,直流測試略。

  • 接上圖(1),令V1 = 200mVP、V2 = 100 mVP、示波器測Vo =_____ 。V1與V2產生方法如圖(4),將訊號產生器調200mV峰值、f = 1~5k HZ弦波,接到兩個100Ω的串聯電阻上做分壓。

  • (三) 非反相加法電路測試:

  • 接上圖(2),V1與V2同上,示波器測Vo =________________ 。

  • (四) 減法電路測試:

  • 接上圖(3),V1與V2同上,示波器測Vo =________________ 。

  • (五) 差量電壓放大電路測試:

  • 4、圖(3)中,改R f = 100 kΩ,令V1-V2 = 100mVP,示波器測Vo =___________,

  • 差量電壓增益Ad = Vo / (V1-V2) = ___________。

  • 5、再令V1 = V2 = 1 VP,(此稱共模電壓VC),示波器測Vo =___________,

  • 共模電壓增益A C= Vo / VC ___________。

  • 6、共模拒斥比CMRR = Ad / AC = _____________。


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一.單端輸入:


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二.雙端輸入(可抑制雜訊波放大)


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三.基本電路


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(1)設V1≠0,V2=0

∴Vo=V(+)*Av(非反)

=V1*R4/(R3+R4)*(R1+R2)/R


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(2)設V2≠0,V1=0 (R3//R4:補償電阻Rc,不影響電路

功能)

∴Vo=V2*Av(反)=V2*(-R2/R1)


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(3)設V1、V2≠0

Vo=(1)+(2)

Vo=V1*{R4/(R3+R4 )}*{(R1+R2)/R1}+V2* (-

R2/R1)=V1*{1/(1+R3/R4 )}*{(1+R2/R1)/ 1}+

V2* (-R2/R1)

若R1/R2=R3/R4

Vo=V1*{1/(1+R1/R2 )}*{(1+R2/R1)/1}+V2* (-

R2/R1)=V1*{R2/(R2+R1 )}*{(R2+R1)/R1}+V2* (-

R2/R1)

Vo=(V1-V2)*R2/R1【等量放大電壓】

實務上:取R1=R3=R

R2=R4=Rf

Vo=(V1-V2)*Rf/R


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四.反相加法電路


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(1)設V1≠0,其餘=0

Vo=V1(-Rf/R1)


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(2)類推,若V1、V2、V3,皆≠0

Vo=V1*(-Rf/R1)+V2*(-Rf/R2)+…反相加權放大

《1》若R1=R2=R3…=R

Vo=-(V1+V2+V3+ …)*Rf/R…反相加法放大

《2》若又R=Rf

Vo=-(V1+V2+V3+…)反相加法器


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實 習 六 : 儀 表 放 大 器 測 試


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實 習 步 驟 :

  • (一) 先測OP或是電路好、壞:參考之前之實習項目,±Vcc用 ± 10V。

  • (二) 測差量電壓增益Ad :

  • 1、接上圖,令V1-V2 = 100 mVP峰值、f = 1~5k HZ弦波,示波器CH1測 ( V1-V2 )、CH2測Vo,差量電壓增益Ad = Vo / (V1-V2) = ___________。

  • 註:Ad = Vo / (V1-V2) = ( 1 + 2 R f /Rg ) × R 2 / R 1

  • (三) 測共模電壓增益A C:

  • 2、再令V1 = V2 = 1 VP,(此稱共模電壓VC),示波器CH1測Vc、CH2測Vo,共模電壓增益A C= Vo / VC ___________。

  • 3、共模拒斥比CMRR = Ad / AC = ­­­­­­­­­­­­­­­­_____________。

  • (四) 任意差量電壓增益調整:

  • 4、將Rg以VR10k代替,調Rg使Ad = 5倍,則Rg = _______________。


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實習七:積分器、微分器測試


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實 習 步 驟 :

  • (一) 先測OP好、壞:接反相放大器,±Vcc用 ± 10V。

  • (二) 積分器測試:弦波測試。

  • 接上圖(1),令Vi = 200mVP、f = 10k HZ弦波,示波器測Vo 與Vi,

  • Vo波形=__________、Vo大小=__________、相位差ψ=_________,

  • Vo理論值大小=__________。

  • 2、去掉補償電阻Rc,重覆1、則Vo波形有何影響?Ans:_________________。

  • 3、改 f = 1k HZ ,Vo大小=__________、Vo理論值大小=__________。

  • 4、改 f = 100 HZ ,Vo大小=__________、Vo理論值大小=__________。

  • (三) 積分器方波測試:

  • 5、接上圖(1),令Vi = 200mVP、f = 10k HZ方波,示波器測Vo 與Vi,

  • Vo波形=__________、Vo大小=__________。

  • 6、去掉補償電阻Rc,重覆1、則Vo波形有何影響?Ans:_________________。

  • 7、改 f = 1k HZ ,Vo波形=__________、Vo大小=__________。

  • 8、改 f = 100 HZ ,Vo波形=__________、Vo大小=__________。

  • (四) 微分器測試:弦波測試。

  • 9、接上圖(2),令Vi = 200mVP、f = 10k HZ弦波,示波器測Vo 與Vi,

  • Vo波形=__________、Vo大小=__________、相位差ψ=_________,

  • Vo理論值大小=__________。

  • 10、改 f = 1k HZ ,Vo大小=__________、Vo理論值大小=__________。

  • (五)微分器三角波測試:

  • 11、接上圖(2),令Vi = 200mVP、f = 10k HZ三角波,示波器測Vo 與Vi,

  • Vo波形=__________、Vo大小=__________。

  • 12、改 f = 1k HZ ,Vo波形=__________、Vo大小=__________。

  • 筆試例題:

  • 1、圖(1),設Vi = 200mVP、f = 10k HZ弦波,求Vo理論值=?


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實 習 八:史 密 特 觸 發 電 路 測 試


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實 習 步 驟 :

  • (一) 先測OP好、壞:接反相放大器,±Vcc用 ± 10V。

  • (二) 正向史密特觸發電路測試:三角波測試。

  • 接上圖(1),令Vi = 5VP、f = 100 HZ三角波,示波器雙波道用DC交連同時測Vo 與Vi,記錄Vo波形與大小=__________、Vi的臨界電壓VT=________。臨界電壓VT的理論值=_________。遲滯電壓△H=­­­­­­­­­­­­­­­___________。

  • 2、示波器改用X-Y操作,觀測轉移函數圖形,記錄之。

  • (三) 負向史密特觸發電路測試:

  • 3、接上圖(2),令Vi = 5VP、f = 100 HZ三角波,示波器雙波道用DC交連同時測Vo 與Vi,記錄Vo波形與大小=__________、Vi的臨界電壓VT=________。臨界電壓VT的理論值=_________。遲滯電壓△H=­­­­­­­­­­­­­­­___________。

  • 4、示波器改用X-Y操作,觀測轉移函數圖形,記錄之。

  • (四) 正向史密特觸發電路與參考電壓做比較:

  • 5、接上圖(3),令Vi = 5VP、f = 100 HZ三角波,示波器雙波道用DC交連同時測Vo 與Vi,記錄Vo波形與大小=__________、Vi的臨界電壓VT=________。臨界電壓VT的理論值=_________。遲滯電壓△H=­­­­­­­­­­­­­­­___________。

  • 注意:參考電壓Vref = 2V,用電源供應器第三組5V輸出到3kΩ與2kΩ電阻上做分壓取得。

  • 6、示波器改用X-Y操作,觀測轉移函數圖形,記錄之。

  • 筆試例題:

  • 1、劃出圖(1)的轉移函數圖形。

  • 2、設計一正向史密特觸發電路,±Vcc用 ± 10V,臨界電壓VT的理論值=±1V。

  • 試考例題:

  • 1、設計一正向史密特觸發電路,±Vcc用 ± 10V,臨界電壓VT的理論值=±1V


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一.比較器:

(1)若V(+) >V(-) →Vo=+Vo(sat) ≒+Vcc

(2)若V(+) <V(-) →Vo=-Vo(sat) ≒-Vcc

A=∞


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▲因為環境中有雜訊,會造成不確定的輸出狀態

▲沒有負回授就沒有虛接地特性


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分析(1)V(+)>0,Vo=+Vo(sat)

(2)V(+)<0, Vo=-Vo(sat)

即V(+) =0,為轉態點(臨界點)


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V(+)=Vi*{Rf/(R+Rf)}+Vo*{R/(Rf+R)}

V(+)=0

ViRf+Vo*R=0

得Vi=(-R/Rf)*Vo(正負飽合,以+Vcc代入稱為轉態

電壓VT)

記VT=(-R/Rf)*Vo=(-R/Rf)*(-Vcc)→VTH

or=(R/Rf)*(+Vcc)→VTL

EX:VT=(-R/Rf)*(±Vcc)=-1/10(±10V)

→VTH=1

→VTL=-1


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1.設Vi>大VT

V(+) >0→Vo=正飽和

V(+)=( Vi*Rf/R+Rf )+(Vo*R/R+Rf)

2.設Vi大上去後,再小於大VT → Vo仍為正飽和

3.若Vi<小VT→ V(+) <0 →Vo=負飽和

4.Vi小下去再,再大於VT → Vo仍為負飽和


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▲摘要:(正向史密斯)

1.動作方式:<1>大於大→Vo=“1”(= +Vo(sat) )

小於若Vi>大VTh

<2>小於小→Vo=“0”(= -Vo(sat) )

Vi<小VTL

2.VT=?

而Vi即為VT,Vo=±Vo(sat)代入


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1.動作方式示意圖


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3.轉移曲線:


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轉移曲線:


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4.電路:

V(+)=V(-)為臨界點

△與某參考電壓Vref比較:

臨界點:V(+)=V(-)


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Vi*Rf+Vo*R/R+Rf=Vref

→Vi*Rf+Vo*R=(R+Rf)*Vref

→Vi=(R+Rf/Rf)* Vref-( R/Rf*Vo )

EX:環境溫度要與室溫25℃做比較,設25℃的參考電壓

Vref=2V,若環境中預測雜訊的強度為200mVP-P

→比較電路的大VT=Vref+200mV/2=2.1V

小VT=Vref=200mV/2=1.9V


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電路如下:

±Vcc=10V

△H=大VT-小VT

遲滯電壓:用來克服雜訊干擾的間隙


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△反相放大器:


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△反相放大器的轉移曲線:


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正 向 史 密 特 :

實測轉移曲線函數,會有

傾斜狀況,但紀錄時,記

成沒有傾斜

Note:會傾斜,Because

1.電路反應,speed

small

2.Vi頻率大


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實習九:無穩態多諧振盪器測試


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實習 步 驟:

  • (一)對稱方波:

  • 1、接上圖(1),OP741±Vcc用10V。

  • 2、示波器DC檔CH1測V(-) 、CH2測VO,記錄VO對V(-) 的相對波形。

  • 3、Vo的頻率f測試值 = _______________ 。

  • 4、理論值頻率f = _______________ 。

  • 【註】:理論值週期T=2RC ln ( 1 + 2 R2/R1 )。

  • 5、改R = 20 kΩ,重覆步驟2、3、4 。

  • Vo的頻率f測試值 = ___________,理論值頻率f = _______________ 。

  • (二)不對稱方波:

  • 6、接上圖(2)。

  • 7、示波器DC檔CH1測V(-) 、CH2測VO,記錄VO對V(-) 的相對波形。

  • 8、Vo的頻率f測試值 = _______________ 。

  • 9、Vo的正半週半週期時間t1測試值 = _______________ 。

  • 10、Vo的負半週半週期時間t2測試值 = _______________ 。

  • 11、Vo的正半週半週期時間t1理論值 = _______________ 。

  • 12、Vo的負半週半週期時間t2理論值 = _______________ 。

  • 13、理論值頻率f = _______________ 。

  • 【註】:(1)理論值正半週期t1=R3C ln ( 1 + 2 R2/R1 )。

  • (2)理論值負半週期t2=R4C ln ( 1 + 2 R2/R1 )。

  • (3)實務上取R1 = R2 ,而自然對數ln 3 = 1.1 ,所以對稱方波理論值週期T= 2.2RC 。

  • 筆試例題:1、求圖(1)的振盪頻率f = ?

  • 試考例題:1、設計一對稱方波電路,±Vcc用 ± 10V,振盪頻率f = 1 kHz,

  • 測出VO對V(-) 的相對波形。

  • 註:電容器宜使用無極性電容。


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對稱方波:


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1.設最初Vo=+Vo(sat)

V(+)=β(回授因數)*Vo

=(R2/R1+R2)Vo(sat)

越充越正

2.V(-) 越充越正,當V(-) >V(+)

的瞬間Vo變-Vo(sat)


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3.當V(-)反充至比V(+)更負的瞬間Vo→變+Vo(sat)

4.如此循環

5.相對波形


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6.振盪頻率f:

t1:Vo=+Vo(sat)

V(-)=由-βVo(sat)

充至+βVo(sat)


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▲電容充電方程式:

<1>Vc【→+βVo(sat)】=Vc(to)【→βVo(sat)】

+〔迴路總電壓〕【=→+βVo(sat)+Vo(sat)】

*(1-e-t/Rc)

<2>Vo(sat)=(β+1)* Vo(sat)* (1-e-t1/Rc)

→2β/1+β= 1-e-t1/Rc

→e-t1/Rc=1-(2β/1+β)=1-β/1+β

→-t1/Rc=ln(1-β/1+β)=ln(1+β/1-β)-1

→t1=Rc*ln(1+β/1-β)

β=R2/R1+R2代入

→1+β/1-β=1+(R2/R1+R2)/1-(R2/R1+R2)

=R1+2R2/R1


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∵t1=RC*ln(1+2R2/R1)

另t1=t2

T=t1+t2

T=RC*ln(1+2R2/R1)

(二)非對稱方波:

t1=R3C*ln(1+2R2/R1)

t2=R4C*ln(1+2R2/R1)


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實習十:三角波產生器測試


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實習步驟:

  • (一)對稱三角波:

  • 1、接上圖(1),OP741±Vcc用10V。

  • 2、示波器DC檔CH1測VO 1 、CH2測VO 2,記錄VO 2對VO 1 的相對波形。

  • 3三角波的頻率f測試值 = _______________ 。

  • 4、理論值頻率f = _______________ 。

  • 【註】:理論值週期T=4RC ( R1/R2 )。

  • 5、三角波電壓VTH測試值 = _________,理論值= __________ 。

  • VTL測試值 = _________,理論值= __________ 。

  • 6、改R = 20 kΩ,重覆步驟2、3、4 。

  • 三角波的頻率f測試值 = ___________,理論值頻率f = __________ 。

  • (二)不對稱三角波:

  • 7、將上圖(1)電路中R更改如圖(2)所示,以R3、R4串二極體代替。

  • 8、示波器DC檔CH1測VO 1 、CH2測VO 2,記錄VO 2對VO 1 的相對波形。

  • 9、三角波的頻率f測試值 = ___________,理論值頻率f = ____________ 。

  • 10、三角波的正斜率半週期時間t1測試值 = __________,理論值= ________ 。

  • 11、三角波的負斜率半週期時間t2測試值 = ________,理論值= ________ 。

  • 【註】:(1)理論值正斜率半週期t1=2R3C ( R1/R2 )。

  • (2)理論值負斜率半週期t2=2R4C ( R1/R2 )。

  • 筆試例題:

  • 1、求圖(1)電路的振盪頻率f = ?

  • 2、寫出OP741各接腳功能。

  • 3、如何測試OP的好壞?

  • 4、設計一反相放大電路,Av = -10,劃出電路、說明電阻R與Rf如何選用?原因?

  • 試考例題:

  • 1、設計一對稱三角波電路,±Vcc用 ± 10V,振盪頻率f = 1 kHz。


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A2:VT=(-R1/R2)*Vo

VTH=(-R1/R2)*〔-Vo(sat)〕=(R1/R2)* Vo(sat)

VTL=(-R1/R2)*〔Vo(sat)〕

Vo1=(-1/RC)∫Vo2dt=(-Vo1/RC)*t


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﹡振盪頻率f=?

由Vo1=(-Vo2/Rc)*t

t=-Rc*(Vo1/Vo2)

當t=t1,Vo2=-Vo(sat)

Vo1=VTL-VTH=VTH-VTL

=2Rc*(R1/R2)*Vo(sat)

得t1=-Rc*〔2(R1/R2)*Vo(sat)〕/ -Vo(sat)

=2Rc*(R1/R2)

另t1=t2

∴T=t1+t2

=4Rc*(R1/R2)


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EX:c=0.1μf

R1=10kΩ

R2=20kΩ

sol:T=4Rc*(R1/R2)

=4*10kΩ*0.1μf(10kΩ/20kΩ)

=4*104*10-7*1/2

=2*10-3 sec

f=1/T=1/2*103Hz

=500Hz

而VTH=(R1/R2)*Vo(sat)→【+Vcc=設10V】=+5V

VTL=(-R1/R2)*-Vo(sat)=-5V


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三角波正斜坡時間t1=2R4c(R1/R2)

三角波負斜坡時間t2=2R3c(R1/R2)


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