《低频电子线路 硬件实验报告 集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低频电子线路 硬件实验报告 集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1实验七集成运算放大器的基本应用模拟运算电路一、实验目的1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理1. 集成运算放大器(1) 具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路；(2) 可以灵活地实现各种特定的函数关系；(3) 可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。2. 理想运算放大器特性(1) 理想运放：将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。开环电压增益Aud=输入阻抗ri=输出阻抗ro=0带宽 fBW=失调与漂移均为零等。3. 理想运放在线性应用时的两个重要特
2、性(1)“虚短”输出电压 UO 与输入电压之间满足关系式：UOAud（U +U -）由于 Aud=，而 UO 为有限值，因此，U+U-0。即 U+U-2，称为“虚短” 。(2)“虚断”由于 ri=，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB0，称为“虚断” 。这说明运放对其前级吸取电流极小。4. 基本运算电路(1) 反相比例运算电路电路如图 1（a）所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R2R1 / RF。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSize
3、BDate: 8-Apr-2007 Sheet of File: C:Documents and SettingsuserMy DocumentsNokia 6170 2006-11-2.DDBDrawn By:1K 10K1K 1K 10K 10K+5V -5VUi1 Ui2R29K1R210KR1 10KRF 100K RF 100KUi+12V-12VUoUi2Uo+12V-12VR110KR36K2Ui1（a ）反相比例运算电路 （b）反相加法运算电路图 1 反相运算电路(2) 反相加法电路电路如图 1（b）所示，输出电压与输入电压之间的关系为：R3R 1 / R2 / RF)UR(U
4、i2Fi1FO(3) 同相比例运算电路图 2(a)是同相比例运算电路，:输出电压与输入电压之间的关系为：R2R1 / RFFOi1RU()i1FOUR3当 R1时，UOUi，即得到如图 2(b)所示的电压跟随器。图中 R2RF，用以减小漂移和起保护作用。一般 RF 取 10K， RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 8-Apr-2007 Sheet of File: C:Documents and SettingsuserMy Documents Nokia 6170 2006-
5、11-2.DDBDrawn By:1K 10K1K 1K 10K 10K+5V -5VUi1 Ui2R2 9K1R1 10KRF 100K RF 100KUi+12V-12VUoUo+12V-12VR110KUi(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器图 2 同相比例运算电路(4) 差动放大电路（减法器）对于图 3（a）所示的减法运算电路，当 R1R2，R3RF 时， 有如下关系式： )U(RUi121FO1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 9-Apr-2007 Sheet of File: C:Documents
6、 and SettingsuserMy DocumentsNokia 6170 2006-11-2.DDBDrawn By:R1 10KR2 10KRF 100KR3100K R3100KR110KR2 100KC 10uFK+12V-12VUi UoUo+12V-12VUi1Ui2（a ）减法运算电路图 （b）积分运算电路图 3 减法与积分运算电路(5) 积分运算电路反相积分电路如图 3（b）所示。在理想化条件下，输出电压uO 等于： 1tOiCoUtudUoR式中，uC(o)是 t0 时刻电容 C 两端的电压值，即初始值。如果 ui(t)是幅值为 E 的阶跃电压，并设 uc(o)0，则：4
7、11tOoEUtdtRCRC即输出电压 uO(t)随时间增长而线性下降。显然 RC 的数值越大，达到给定的 UO 值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中 K1 闭合，即通过电阻 R2 的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将 K1 打开，以免因 R2 的接入造成积分误差。K2 的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uC(o)0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号 ui 后， 只要 K2 一打开， 电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。(6) 直流信号电压
8、调节按下信号发生器 电源 开关，接通电源。按 幅度 键，显示“正弦 A 路幅度 1.0000Vp-p” （峰 峰值 1V） 。按 0 V 键，显示“0V” ，输出幅度为零。按 shift 衰减 键，显示“AUTO” （自动） 。按 0 Hz 键，显示“0db” （0 分贝） 。按 选项 键，选择“A 路偏移” 。信号发生器输出（高阻）直流信号电压。按 键，将光标调至任意数字上，调节旋钮，可改变直流信号电压输出值。也可按数字键改变直流信号电压输出值。三、实验设备与器件1、12V 直流电源 2、函数信号发生器3、交流毫伏表54、直流电压表5、集成运算放大器 A7411 电阻器、电容器若干。四、实验
9、内容注意：实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。1. 反相比例运算电路仿真电路：实验步骤：(1) 按图 1（a）连接实验电路；(2) 接通12V 电源；(3) 输入 f100Hz，Ui0.5V 的正弦交流信号；(4) 测量相应的 UO，并用示波器观察 uO 和 ui 的相位关系，记入表 1。仿真波形：6仿真数据： Ui=0.49V，Uo=4.95V表 1Ui0.5Vf100HzUi（V）U0（V） ui波形 uO波形 AV实测计算值 理论计算值0.492 4.669.41 102. 同相比例运算电路仿真电路：仿真数据（图 2（a） ）：Ui=
10、0.494V，Uo=0.545V7仿真数据（图 2（b） ）：Ui=0.495V，Uo=0.495V实验步骤：(1) 按图 2(a)连接实验电路；(2) 接通12V 电源；(3) 输入 f100Hz，Ui0.5V 的正弦交流信号；(4) 测量相应的 UO，并用示波器观察 uO 和 ui 的相位关系，记入表 2（a） 。(5) 将图 2(a)中的 R1 断开，得图 2(b)电路重复内容，记入表 2（b） 。表 2（a）Ui0.5Vf100HzUi（V）UO(V) ui波形 uO波形 AV实测计算值 理论计算值0.496 5.2110.5 118仿真波形：表 2（b） Ui0.5Vf100HzUi
11、（V）UO(V) ui波形 uO波形 AV实测计算值 理论计算值0.491 0.4900.99 1仿真波形：3. 反相加法运算电路实验步骤：(1) 按图 1（b）连接实验电路；(2) 输入信号采用直流信号，图 4 所示电路为简易直流信号源；(3) 选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区；9(4) 用示波器或直流电压表测量输入电压 Ui1、Ui2 及输出电压 UO，记入表3。仿真电路：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 27-Aug-2007 Sheet of File: C:Documents and Set
12、tingsuserMy DocumentsNokia 6170 2006-11-2.DDBDrawn By:C110uFCE1100uFC210uFRC12K4RL2K420KRE11KRB120KR1KRw100KT1VccUoUiUs+12VBA RB2U0fCCRRUiUoRF1100T2Rw47K5K1RB2210K RE21KRC22K4CE2100uFC3 10uFCf 20uFRf 8K2RB21CC RRRROPAMP OUT Y R10KC0.01u URUi CH1CH2 Uo CH1CH2+-UiUsVcc+-+- +-TC110uFC2 10uFCE100uFRw100
13、KR1K20KRB11K RE1KRc2K4RL2K4Vcc+12VUoUiUsA B RB2T10KRE2K7R2KRLRw1MC110uF C2 10uFBUs Ui UoVcc+12VRBA1K10K10K 1K1K 10K Ui2Ui1+5V-5V10K1K1K 10K（a） (b) 图 4 简易可调直流信号源实验数据：表 3Ui1(V) 0.3 0.3 0.206Ui2(V) 0.2 0.1 0.2UO(V) -5.1 -4.18 -4.211 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 27-Aug-2007 Shee
14、t of File: C:Documents and SettingsuserMy Documents Nokia 6170 2006-11-2.DDBDrawn By:+-Ui1Ui2Rw10K104. 减法运算电路(1) 按图 3（a）连接实验电路；(2) 调零和消振；(3) 采用直流输入信号；(4) 输入信号采用直流信号；(5) 选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区；(6) 用示波器或直流电压表测输入电压 Ui1、Ui2 及输出电压 UO，记入表4。仿真波形：实验数据：表 4Ui1(V) 0.305 0.3 0.40211Ui2(V) 0.2 0.1 0.202UO(V) -
15、1.25 -2.25 -2.204125. 积分运算电路实验步骤：(1) 实验电路如图 3（b）所示；(2) 闭合 K，使 uO0；(3) 预先调好直流输入电压 Ui0.5V，接入实验电路；(4) 用示波器直流耦合方式（平均值）测量输出电压 UO；(5) 再打开 K，电容充电，每隔 0.5 秒读一次 UO，记入表 5，直到 UO 不继续明显增大为止。仿真电路：仿真数据：t(s) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 U0(V) -445v -1.885V -3.113V -3.856V -4.307V -4.603V -4.750V -4.849Vt(s) 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Uo(V) -4.910V -4.947V -4.974V -4.986
