基本运算放大器配置（二）

简单放大器配置

反相放大器：

图5所示为常规反相放大器配置，输出端有10 kΩ负载电阻。

图5．反相放大器配置

现在使用R2 ＝ 4．7kΩ组装图5所示的反相放大器电路。组装新电路之前，请记住断开电源。根据需要切割和弯曲电阻引线，使其平放在电路板表面，并为每个连接使用最短的跳线（如图1所示）。记住，试验板有很大的灵活性。例如，电阻R2的引线不一定要将运算放大器从引脚2桥接到引脚6；你可以使用中间节点和跳线来绕过该器件。

重新连接电源并观察电流消耗，确保没有意外短路。现在将波形发生器调整为500 Hz正弦波，设置为2．1 V最小值和2．9 V最大值（0．8 V p－p，以2．5 V为中心），并再次在示波器上显示输入和输出。测量和记录此电路的电压增益，并与课堂上讨论的原理进行比较。导出输入／输出波形图，并将其包含在实验报告中。

图形实例如图6所示。

图6．反相放大器曲线

趁此机会说一下电路调试。在课堂中的某个时候，你可能无法让电路工作。这并不意外，没有人是完美的。但是，你不应简单地认为电路不工作必定意味着器件或实验仪器有故障。这基本上不是事实，99％的电路问题都是简单的接线或电源错误。即便是经验丰富的工程师也会不时出错，因此，学会如何调试电路问题是学习过程中非常重要的一部分。为你诊断错误不是助教的责任，如果你以这种方式依赖其他人，那么你就错过了实验的一个关键点，你将不大可能在以后的课程中取得成功。除非你的运算放大器冒烟，电阻上出现了棕色烧伤痕迹，或者电容发生爆炸，否则你的元器件很可能没问题。事实上，大多数器件在发生重大损伤之前都能容忍一定程度的滥用。当事情不妙时，最好的办法就是断开电源并寻找一个简单的解释，而不要急着责怪器件或设备。在这方面，DMM可是一件十分有价值的调试工具。

输出饱和：

现在将图5中的反馈电阻R2从4．7 kΩ更改为10 kΩ。现在的增益是多少？将输入信号的幅度缓慢增加至2 V，仍然以2．5 V为中心，并将波形导出到实验室笔记本电脑中。任何运算放大器的输出电压最终都会受电源电压的限制，而在很多情况下，由于电路中存在内部电压降，实际限制要远小于电源电压。根据你的以上测量结果量化AD8541的内部压降。如果你有时间，可尝试用OP97或OP27放大器替换AD8541，并比较它能产生的最小和最大输出电压。

求和放大器电路：

图7所示电路是一个带有四个输入的基本反相放大器，称为求和放大器。图7的配置与你在教科书中看到的略有不同，因为ADALM1000只提供单个正电源电压。放大器的同相（＋）输入连接到2．5 V，即电源电压的一半，而不是接地。这就改变了求和放大器方程式。输入电阻上出现的输入电压现在是相对于2．5 V（即所谓共模电平）进行测量。它们应减去2．5 V，因此0 VIN变为－2．5 V，＋3．3 VIN变为＋0．8 V。输出电压也应相对于＋2．5 V电平来测量。为使常规方程式正确，输出电压也将减去2．5 V共模电平。另一种思路是考虑所有输入均为2．5 V（或悬空）的情况。任何输入电阻中都没有电流流动（其两端的电压为0 V），因此反馈电阻中也没有电流流过（其电压为0 V）。输出电压将为2．5 V。

此电路使用四个数字输出PIO 0、PIO 1、PIO 2和PIO 3作为输入电压源。每个数字输出具有接近0 V的低输出电压或接近3．3 V的高输出电压。使用叠加（并校正2．5 V共模电平），我们可以证明VOUT是VPIO0、VPIO1、VPIO2和VPIO3的线性和，其中每个都有自己独特的增益或比例系数（由1 kΩ反馈电阻除以各自电阻所得的比值设定）。

PIO 0值最高，输出变化最小（最低有效位），PIO 3值最低，输出变化最大（最高有效位）。请注意，PIO 3电阻由两个4．7 kΩ电阻并联而成。

图7．求和放大器配置

断开电源后，修改反相放大器电路，如图7所示。重新连接电源，然后使用数字输出控件填写以下两个表格。在第一个表格中，记录每个数字输出的低电压和高电压。在高阻模式下使用CB－H示波器输入来完成此任务。在第二个表格中，记录PIO 0、PIO 1、PIO 2、PIO 3的所有16种1和0组合的输出电压。你还应确认，当所有四位悬空或处于高阻（X）状态时，输出电压确实为2．5 V。