实验十八、测量运放的开环差模放大倍数

一、题目

如图1所示为简易测试集成运放开环差模增益的电路。因集成运放的上限频率很低，开环差模增益很高，故输入为低频正弦小信号（如频率为 10 Hz 10\,\textrm{Hz} 10Hz、峰值 U i p U_{ip} Uip 为 10 mV 10\,\textrm{mV} 10mV ），测得输出电压峰值为 U o p U_{op} Uop，即可得开环差模放大倍数。
C C C 为耦合电容，故应取值足够大。

图 1 测量集成运放开环差模增益图1\,\,测量集成运放开环差模增益图1测量集成运放开环差模增益（1）分析电路中的反馈，说明测量原理，求出开环差模放大倍数的表达式。
（2）在 Multisim 环境下仿真，测试集成运放的开环差模增益。

二、测量原理

（1）图1所示电路中通过 R 2 R_2 R2 和 R 3 R_3 R3 引入了负反馈。当有交流信号输入时，由于集成运放的输入电阻远大于 R 1 R_1 R1（ 50 Ω 50\,Ω 50Ω ），故其净输入电压 U ˙ d ≈ U ˙ n ≈ R 1 R 1 + R 2 ⋅ U ˙ i \dot U_d\approx\dot U_n\approx\frac{R_1}{R_1+R_2}\cdot\dot U_i U˙d≈U˙n≈R1+R2R1⋅U˙i如果能够较准确地测出输出电压，则开环差模增益 A o d ≈ ∣ U ˙ o U ˙ n ∣ ≈ ( 1 + R 2 R 1 ) ∣ U ˙ o U ˙ i ∣ A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n}\Big|\approx\big(1+\frac{R_2}{R_1}\big)\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_i}\Big| Aod≈ U˙nU˙o ≈(1+R1R2) U˙iU˙o 为了更接近实际的 A o d A_{od} Aod，在 Multisim 中可直接测试 U ˙ n \dot U_n U˙n、 U ˙ p \dot U_p U˙p 和 U ˙ o \dot U_o U˙o，得 A o d ≈ ∣ U ˙ o U ˙ n − U ˙ p ∣ A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n-\dot U_p}\Big| Aod≈ U˙n−U˙pU˙o 实际测试发现 U ˙ p \dot U_p U˙p 可忽略不计，因此 A o d ≈ ∣ U ˙ o U ˙ n ∣ A_{od}\approx\Big|\frac{\dot U_o}{\dot U_n}\Big| Aod≈ U˙nU˙o

三、仿真电路

（2）在 Multisim 环境下搭建如图2所示的测试电路。

图 2 测量集成运放的开环差模放大倍数图2\,\,测量集成运放的开环差模放大倍数图2测量集成运放的开环差模放大倍数

四、仿真内容

为了测试方便，观察示波器 XSC1，调整 C 1 C_1 C1 使 U ˙ o \dot U_o U˙o 和 U ˙ n \dot U_n U˙n 为反相，读出它们的峰值，即得开环差模增益。
对于不同型号的集成运放，需对信号源及 C 1 C_1 C1 参数作适当的调整。

五、仿真结果

型号	LF347N	AD380JH	CA0124E	MAX402CPA
U ˙ n \dot U_n U˙n/μV	-95.578	-9.806	-100.744	-99.453
U ˙ o \dot U_o U˙o/V	10.500	0.385	2.384	0.83
A o d A_{od} Aod/dB	101	92	87	78