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1、 实验三 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、实验仪器 1双踪示波器 2万用表3交流毫伏表三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。1）反相比例运算电路电路如图11-1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 （11-1） 图11-1 反相比例运算电路为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R2=R1RF。2）反相加法电路 / 图11-2 反相加法运算电路电路如图1
2、1-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 R3=R1R2RF （11-2）3）同相比例运算电路 图11-3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 R2=R1RF （11-3）当R1时，UO=Ui，即得到如图11-3（b）所示的电压跟随器。图中R2=RF，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。图11-3 同相比例运算电路 4）差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式： （11-4） 图11-4 减法运算电路 5）积分运算电路 反相积分电路如图11-5所示。在理想化条件下
3、，输出电压U0等于 （11-5）式中UC(0)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。 图11-5 积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设UC(0)=0，则 （11-6）此时显然RC的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R或C的值积分波形也不同。一般方波变换为三角波，正弦波移相。 6）微分运算电路微分电路的输出电压正比于输入电压对时间的微分，一般表达式为： = （11-7）利用微分电路可实现对波形的变换，矩形波变换为尖脉冲，正弦波移相，三角波变换为方波。 图11-6 微分运算电路7）对数运算电路对数电路的输出电压与输入电压的对数成正比，其一般表达式为： u0=Kln
4、uI （11-8）利用集成运放和二极管组成如图11-8基本对数电路。K为负系数。8）指数运算电路指数电路的输出电压与输入电压的指数成正比，其一般表达式为： （11-9）利用集成运放和二极管组成如图11-9基本指数电路。K为负系数。四、实验内容 1反相比例运算电路 1）先把运放调零（方法见实验十步骤3说明），然后在此运放处按图11-1正确连线。 2）输入f=1000Hz，Ui=100mV（有效值）的正弦交流信号，打开交流开关，用毫伏表测量Ui、U0值（用表测量的都为有效值），并用示波器观察U0和Ui的相位关系，记入表11-1。表11-1 Ui=100mV（有效值），f=1000HzUi(V)U0
5、(V)Ui波形U0波形Av 实测值计算值 2同相比例运算电路 1）按图11-3(a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表11-2。 2）将图11-3(a)改为11-3(b)电路重复内容1)。表11-2 Ui=100mV（有效值），f=1000HzUi(V)U0(V)Ui波形U0波形Av 实测值计算值 3反相加法运算电路 1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-2正确连接实验电路。 2）输入信号采用直流信号源(参照附录一附录图1-1插孔图和采用连接方法1) ，图11-7所示电路为简易直流信号源Ui1、Ui2： 图11-7 简易可调直流信号源用万用表测量输入电压Ui1、Ui2(且要求均大于零
6、小于0.5V)及输出电压U0，记入表11-3。 表11-3Ui1(V)Ui2(V)U0(V) 4减法运算电路 1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-4正确连接实验电路。 2）采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表11-4。 表11-4Ui1(V)Ui2(V)U0(V) 5积分运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处按积分电路如图11-5所示（5000P由0.01uF串连组成）正确连接。2）取频率约为5KHz，峰峰值为20伏的方波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS4连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输出端接示波器，可观察到三角波波形输出，若有很大的削底失真则增加Ui峰峰值；若有很大
7、的顶端失真则减小Ui峰峰值，调节一失真很小的三角波波形并记录之。 6微分运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处微分电路如图11-6所示（5000P由0.01uF串连组成）正确连接。2）取频率约为5KHz，峰峰值为20伏的三角波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输出端接示波器，可观察到方波波形。 7对数运算电路 图11-8对数运算电路 先把运放调零，实验电路如图11-8所示正确连接，D为普通二极管，取频率为4001000Hz，峰峰值为500mV的三角波（参照实验一内容，跳线取PS1、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如下所示： 8指数运算电路 图11-9指数运算电路 先把运放调零，实验电路如图11-9所示正确连接，D为普通二极管，取频率为6001000Hz，峰峰值为1V的三角波（参照实验一内容，跳线取PS1、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如下所示： *元件分布图参考实验一电源模块的直流信号源元件分布图和实验十运放系列模块元件分布图 友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。
