2.測Vo (offset)時

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汽車科
電 子 實 習
◎ 電 子 實 習 項 目 :
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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.
實習一:反相放大器測試
實 習 步 驟 :
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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。
Vi與RL未接
令Vi = 0.5V峰值
RL = 10k
RL = 100k
改R f
= 20 kΩ,重覆步驟2
改電路為非反相放大器,R = 1 kΩ、R f = 10kΩ、RL不接,重覆步驟2
實習二:Ri/Ro/S.R.參數測試
實 習 步 驟 :


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
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(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?
《ㄧ.》S.R(Slew Rote 移動率)
定義:S.R≡
dVo
Vo

dt
t
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: Vi
Av=-10
方波
▲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
 Vo
Ans:S.R=  t
20V
1V/μs=
t
∴Δt=20μs
T=1/f=1 s
T/2=500μs
Vo
EX:f=10kHz
Vo 波形

Ans:t  20s 佔
T
 50s 
2
失真明顯


EX:若f=10kHz
Vo 波形?

的比例大
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
Cas1:若f=1kHz
 Vo波形?
Ans:(作圖)
T=1/f=1ms=1000μs
Cas2:若f=50kHz
形?
 Vo波
Ans:(作圖)
T=1/50ms=20μs
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
dVo
不失真:
 S .R
dt
d Vm si nt 
;
t  0  S . R Vm cost t  0  S . R
dt
 ω‧Vm<S.R
 ω<S.R/Vm or f= S.R/2πVm
最大不失真頻率:
f(max)=S.R/2πVo(p)(Vo的峰值)
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
實習三:頻率響應與GBP值參數測試
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?
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
▲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
Av
全功率
半功率
Av(mid)
半功率
fL
fH
BW=fL ~ fH
f
Po=Vo2/RL
Po=由1變到1/2
即Vo變為來的1/√2倍
Vi
A
Vo
RL
△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)
Vi
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
A
Vo
△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
A
訊
示
正常Vo
3dB Vo
弦波
不能失真
k
0.7k
t
t
已知參數GBP=1 v/μs→BW=?
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
實習四:輸出偏移電壓與零位補償電路測試
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?
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。


R
Rf
Av
1k
10k
-10
10k
100k
-10
100k
1M
-10
1M
10M
-10
未補償前
Vo(offset)
能否使Vo補償
至0?
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
即
等效成:
又等效成:
輸入偏移電壓,極性不確定
2.外部的:
△OP做放大器,需接負回授(虛接地)如下
(i)Vio的影響:
Vio * Av(非反) = (1+Rf/R)
輸入偏壓電流《 I(+)or I
(-)》的影響:
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
▲補償I(-)影響的方法,在(+)端前加Rc
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)
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)
-Vcc4
(1)60Hz電源
(2)空中電波
综和圖
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
DC準位
步驟七:
R
1k
10k
100k
1M
Rf
10k
100k
1M
10M
Vo(offset)理論值
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
是否
Yes
Yes
Yes
No
實習五:差 量 電 壓 放 大 電 路 測 試
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 = _____________。
A
一.單端輸入:
A
二.雙端輸入(可抑制雜訊波放大)
三.基本電路
(1)設V1≠0,V2=0
∴Vo=V(+)*Av(非反)
=V1*R4/(R3+R4)*(R1+R2)/R
(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)
(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
四.反相加法電路
(1)設V1≠0,其餘=0
Vo=V1(-Rf/R1)
(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
實 習 六 : 儀 表 放 大 器 測 試
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 =
_______________。
實習七:積分器、微分器測試
實 習 步 驟 :









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
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





(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=?
實 習 八:史 密 特 觸 發 電 路 測 試
實 習 步 驟 :

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
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

(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
一.比較器:
A=∞
(1)若V(+) >V(-) →Vo=+Vo(sat) ≒+Vcc
(2)若V(+) <V(-) →Vo=-Vo(sat) ≒-Vcc
Vi
t
t
▲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
分析(1)V(+) >0,Vo=+Vo(sat)
(2)V(+) <0, Vo=-Vo(sat)
即V(+) =0,為轉態點(臨界點)
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
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
▲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=?
(非)反相放大器
正(負)向史密特
Vo=(-Rf/R)*Vi
Vi=(-R/Rf)*Vo
而Vi即為VT,Vo=±Vo(sat)代入
VTH
VTL
1.動作方式示意圖
5V Vo
3.轉移曲線:
+Vo (sat)
9
0.18V
小 VT
-8
-Vo (sat)
大 VT
0.2V
轉移曲線:
V2o
+Vo (sat)
小 VT
大 VT
-Vo (sat)
Vi
4.電路:
V(+)=V(-)為臨界點
△與某參考電壓Vref比較:
臨界點:V(+)=V(-)
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
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
Y
Vi
Vo
Vo
m格
X
示
示
n格
CH2
Vi
△反相放大器:
x=Vi(v)
y=Vo(v)
+3
-30(x) →-Vo(sat) ≒-10V
+2
-20(x) →-Vo ≒-10V
+1
-10
+0.5
-5
0
0
-0.5
5
-1
10
△反相放大器的轉移曲線:
Vo (5V/格)
10
5
1
2
3
Vi (1V/格)
-3
-2
-1
-5
-10
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
VTH
VTL
實習九:無穩態多諧振盪器測試
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。
對稱方波:
1.設最初Vo=+Vo(sat)
V(+)=β(回授因數)*Vo
=(R2/R1+R2)Vo(sat)
越充越正
V(-)
2.V(-) 越充越正,當V(-) >V(+)
的瞬間Vo變-Vo(sat)
反充
V(-)
3.當V(-)反充至比V(+)更負
的瞬間Vo→變+Vo(sat)
反充
V(-)
4.如此循環
Vo
5.相對波形
t
t2
V(-)
+βVo(sat)
t
6.振盪頻率f:
t1:Vo=+Vo(sat)
V(-)=由-βVo(sat)
充至+βVo(sat)
V(-)
V(-)
▲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
∵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)
實習十:三角波產生器測試
實習步驟:







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







(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。
Vo <三角波>
史密特電路
積分器
方器
積分器
三角波
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
Vo2
t2
Vo(sat)
VTH
VTH
t
VTL
Vo(sat)
t1
VTL
﹡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)
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
Vo1
5V
t
-5V
f=500Hz
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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