Inverting OPA Circuit: 反相運算放大器(二)

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1 Inverting OPA Circuit: 反相運算放大器(二)
通訊三甲 B 湯智瑋

2 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。

3 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。

4 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

5 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。

6 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

7 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。

8 OrCad電路圖 A 電阻R1,R2,Rf之數值推導

9 + _ AvVin Vout ＋ －

10 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。

11 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

12 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

13 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。

14 示波器圖形 CH1 = Vi1 = 200mVpeak CH2 = Vout = 480mVpeak+ 2.05VDC
數位示波器設定為 300mVpp , 1kHz

15 參考資料 電子學課本 上課筆記 指導老師: 田慶誠老師