◎ ◎ 電 子 實 習 電 子 實 習 (( 二二 ) ) 項 目 項 目 ::

11 、運算放大器、運算放大器 (( 暨暨 LM741LM741 元件元件 )) 簡介簡介 .. 22 、反相放大器、反相放大器 // 非反相放大器非反相放大器 // 電壓隨耦器 測電壓隨耦器 測

試試 .. 33 、輸入阻抗、輸入阻抗 // 輸出阻抗輸出阻抗 /S.R./S.R. 參數 測試參數 測試 .. 44 、頻率響應、頻率響應 /GBP/GBP 值 測試值 測試 .. 55 、輸出偏移電壓、輸出偏移電壓 // 零位補償電路 測試零位補償電路 測試 .. 66 、差量電壓放大器、差量電壓放大器 // 加法電路加法電路 // 減法電路 測試減法電路 測試 .. 77 、儀表放大器 測試、儀表放大器 測試 .. 88 、積分器、積分器 // 微分器 測試微分器 測試 .. 99 、比較器、比較器 // 史密特觸發電路 測試史密特觸發電路 測試 .. 1010 、無穩態、無穩態 // 雙穩態雙穩態 // 單穩態多諧掁盪器 測試單穩態多諧掁盪器 測試 .. 1111 、三角波產生器 測試、三角波產生器 測試 .. 1212 、韋恩電橋掁盪器暨其它掁盪電路 測試、韋恩電橋掁盪器暨其它掁盪電路 測試 .. 1313 、計時器 、計時器 IC 555 IC 555 應用電路應用電路 ..

實習一：反相放大器測試

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。

ViVi 與與 RLRL 未接未接

令令 Vi = 0.5VVi = 0.5V 峰值峰值

RL = 10kRL = 10k

RL = 100kRL = 100k

改改 R f = 20 kΩR f = 20 kΩ ，重覆步驟，重覆步驟 22

改電路為非反相放大器，改電路為非反相放大器， R = 1 kΩR = 1 kΩ 、、 R f = 10kΩR f = 10kΩ 、、 RLRL 不接，重覆步驟不接，重覆步驟 22

實習二： Ri/Ro/S.R. 參數測試

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？

《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/μsEX ：上例已知 S.R=1V/μscasel若 f=1kHz→ Vo 波形

Ans： S.R=

1V/μs=

∴Δt=20μsT=1/f=1 sT/2=500μs

t

Vo

dt

dVo

Av=-10Vi Vo

方波

t

Vo

t

V

20

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

sTst 50

220 佔

Cas1: 若 f=1kHz Vo 波形 ?

Ans:（作圖） T=1/f=1ms=1000μs

Cas2: 若 f=50kHz Vo波形 ?

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

不失真 :

;

ω‧Vm＜ S.R

ω＜ S.R/Vm or f= S.R/2πVm

RSdt

dVo.

RS

dt

tVmdt .

sin0

RStVm t .cos 0

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=100kHzEX: 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

ffL fH

Av(mid)半功率

半功率

全功率

BW=fL ~ fH

Po=Vo2/RLPo=由 1變到 1/2即 Vo變為來的 1/√2倍

AVi 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)

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

AVi 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

示訊

正常Vo

k

t

弦波

3dB Vo

0.7k

t

不能失真

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 V

o 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 － 1010k100

k － 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、 VR10

k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 未補償前 Vo(offset)

能否使 Vo 補償至 0?

1k 10k -10

10k 100k -10

100k 1M -10

1M 10M -10

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(+) * RcV(+) = V(-) =-I(+) * RcIR=(0-V(+))/RIf= 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=02.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

DC準位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

R Rf Vo(offset)理論值 是否1k 10k Yes

10k 100k Yes

100k 1M Yes

1M 10M No

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

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≠0Vo=(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/R4Vo=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=RR2=R4=RfVo=(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≠ 0Vo=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 C

H1 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 ： ( 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 ： ( 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

(1) 若 V(+) ＞ V(-) →Vo=+Vo(sat) +Vcc≒

(2) 若 V(+) ＜ V(-) →Vo=-Vo(sat) -Vcc≒

一 .比較器：

A=∞

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(+)=0ViRf+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

小 VT 大 VT

5V Vo

+Vo (sat)9

0. 18V

-8-Vo (sat)

0. 2V

3. 轉移曲線：

小 VT 大 VT

V2o

Vi

+Vo (sat)

-Vo (sat)

轉移曲線：

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：

△H= 大 VT-小 VT

遲滯電壓：用來克服雜訊干擾的間隙

±Vcc=10V

示 示

Vi Vo

CH2

X Vi

Y Vo

m格

n格

△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

Vo (5V/格)

Vi (1V/格)

10

5

1 2 3

-1-2-3

-5

-10

△反相放大器的轉移曲線：

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

VTL

VTH

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

2.V(-) 越充越正，當 V(-) ＞ V(+)

的瞬間 Vo變 -Vo(sat)

V(- )

V(-)反充

V(-)反充

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

Vo

V(- )

t

t

+β Vo(sat)

t 2

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： ( 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。

史密特電路 積分器Vo <三角波>

積分器三角波

方器

A2：VT=（-R1/R2）*VoVTH=（-R1/R2）*〔 -Vo(sat)〕 =（ R1/R2）* Vo(sat)VTL=（-R1/R2）*〔 Vo(sat)〕Vo1=（-1/RC）∫ Vo2dt=（-Vo1/RC）*t

Vo2

t

Vo(sat)

Vo(sat)t 1

t 2

VTL VTL

VTH VTH

﹡振盪頻率 f=?由 Vo1=（ -Vo2/Rc） *tt=-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=0.1μfR1=10kΩR2=20kΩsol： T=4Rc* （ R1/R2） =4*10kΩ*0.1μf（ 10kΩ/20kΩ） =4*104*10-7*1/2 =2*10-3 secf=1/T=1/2*103Hz=500Hz而 VTH=（ R1/R2） *Vo(sat)→【 +Vcc= 設 10V 】 =+5V

VTL=（ -R1/R2） *-Vo(sat)=-5V

Vo1

t

5V

-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)