Inverting OPA Circuit: 反相運算放大器(二) 通訊三甲 B09622022 湯智瑋
作業內容 實驗四 (二) Inverting OPA Circuit: 反相運算放大器 power point file 繳交 請上傳實驗報告power point file，評分的重點在於：請按照講義內容之要求製作投影片，其中包含： 1. 完整理論分析 2. 完整PSPICE分析，並加註描述量測到的各項參數(直流offset電壓，Sine wave Vpp, 頻率，等)。並與理論值驗證無誤，或合理解釋其誤差。 3. 擷取實驗測量結果圖，並加註描述量測到的各項參數(直流offset電壓，Sine wave Vpp, 頻率，等)。並與理論值、PSPICE驗證無誤，或合理解釋其誤差。
學習目標 本實驗訓練同學熟悉反相OP放大器的基本原理，利用PSPICE了解理想OPA與實際的uA741 (or LMV921) OPA之間的規格差距。實驗中之電路架構包含了基本反相OP放大器、反相加法OP放大器的設計練習。
實驗零件需求 電阻板一套 紅單心線(Voltage source and current source). 黑單心線(Ground) 他色單心線(其他連接線) 麵包板 直流電源線(香蕉接頭轉鱷魚夾)兩組 BNC轉鱷魚夾電纜線三條 uA741 (or LMV921) OPA 1個
信號產生器(Signal generator)的輸出阻抗請設定為Rs=50 Ohm。 實驗項目 反相加法OP放大器 請設計如圖4-5之反相加法OP放大器，其中交流輸入端input impedance=100 Ohm，且當交流輸入端電壓 VI1= 200mVpeak時，直流輸入端電壓VI2= Vcc- = - 5VDC，反相加法OP放大器輸出端電壓為Vmax=2.5V，Vmin=1.5V的弦波。(亦即反相加法OP放大器輸出電壓具有2VDC的直流成份，再加上1Vpp (0.5Vpeak)的交流成份。) 信號產生器(Signal generator)的輸出阻抗請設定為Rs=50 Ohm。
步驟一 步驟一 請推導反相OP放大器的輸入阻抗公式，並決定R1電阻值。且當反相放大器交流輸入端電壓VI1= 200mVpeak時，請求出Signal generator的戴維寧等效電壓源Vs= ?Vpeak= ?Vpp。請將推導過程建立成投影片。 圖4-5 反相加法OP放大器
步驟二.三 請推導反相OP放大器的電壓增益公式，根據反相加法OP放大器輸出電壓具有1Vpp (0.5Vpeak)的交流成份，決定交流輸入所需電壓增益及Rf回授電阻值。請將推導過程建立成投影片。 根據反相加法OP放大器輸出電壓具有2VDC的直流成份，請推導並決定直流輸入所需電壓增益及R2電阻值。請將推導過程建立成投影片。
OrCad電路圖 A 電阻R1,R2,Rf之數值推導
+ _ AvVin Vout ＋ －
步驟四 請開啟PSPICE，建立圖4-5之反相OP放大器電路。將電壓源VI1用VSIN取代，並設定VOFF= 0VDC，請根據步驟一所計算之Vs電壓值計算出VAMPL= ?mV(peak)，FREQ=1kHz。Simulation profile設定為Transient analysis: run to time=3ms、maximum step size= 0.001ms。分別在V I1及Vout加上voltage probes，觀察V I1 & Vout峰值對時間之變化，計算出回授後之電壓輸出，與設計要求比較之。將前述結果製作成投影片。
Pspice模擬 模擬電路圖 : R1 = 100 Ω , R2 = 250 Ω , Rf = 625 Ω 交流電流源接上電路之後的等效電路相當於下圖 Vi1依設計為200mV 使用分壓定理
Pspice模擬 Vin = 200mVp Vout = 0.5 Vp + 2VDc 電壓增益 Avf = Vout / Vin = 2.5 v/v 和設計相符合
步驟五 將步驟四之電路以實際之uA741 (or LMV921) IC 接妥，如uA741 (or LMV921) IC接腳圖4-4，第7腳Vcc+請接上+5V VDC電壓源，第4腳Vcc-請接上-5V VDC電壓源。將Signal generator電壓源VS及RS用AFG3000任意波形產生器取代，並設定VOFF= 0VDC，輸出阻抗調成50 Ohm，請根據步驟一所計算之Vs電壓值計算出儀器之VAMPL(Vpeak-to-peak)= ?mV，FREQ=1kHz。分別在VI1及Vout加上CH1 and CH2 voltage probes，觀察V I1 & Vout對時間之變化，與設計值是否相符？將前述量測結果製作成投影片，並討論量測值與計算值是否一致。
示波器圖形 CH1 = Vi1 = 200mVpeak CH2 = Vout = 480mVpeak+ 2.05VDC 數位示波器設定為 300mVpp , 1kHz
參考資料 電子學課本 上課筆記 指導老師: 田慶誠老師