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1、实验3.8集成运算放大器基本运算电路一、实验目的(1)掌握由集成运算放大器组成的比例、 加法、减法和积分等模拟运算电路功能。(2)熟悉运算放大器在模拟运算中的应用。二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、实验电路板。、实验原理集成运算放大器在线性应用方面，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、反相比例运算电路反相比例运算电路如图3.8.1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：RUo =- Ui(3-8-1)oR1 i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R=R|Rf。实验中采
2、用10 ka和100 ka两个电阻并联。2、同相比例运算电路图3.8.2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U o = (1+ f)U i( 3-8-2)R1当R1 一训, Uo=Ui,即为电压跟随器。3、反相加法电路反相加法电路电路如图3.8.3所示，输出电压与输入电压之间的关系为RfRfUo = - ( Ua + Ub)(3-8-3)R1R2R = R1 | R2 | Rf4、同相加法电路同相加法电路电路如图3.8.4所示，输出电压与输入电压之间的关系为：%图3.8.1反相比例运算电路OClk+ 12VO COTL0B2 LL2V图3.8.2同相比例运算电路图3.8.3
3、反相加法运算电路Uo =R3 + RfR2R1(一Ua +Ub)R3R1+R2R1+R2(3-8-4)R.LCCk的,0TL062目+-32Vr;图3.8.4同相加法运算电路.CC k-ISV图3.8.5减法运算电路Ret图3.8.6积分运算电路图3.8.7微分运算电路5、减法运算电路(差动放大器)减法运算电路如图3.8.5所示，输出电压与输入电压之间的关系为：Uo =- 叉人+(1 RL)(R-) UbRiR R2 R当R1 = R2, R = Rf时，图3.8.5电路为 差动放大器，输出电压为：Rf-、Uo = (Ub-Ua)(3-8-5)Ri6、积分运算电路反相积分电路如图3.8.6所示
4、，其中Rf是为限制低频增益、减小失调电压的影响而 增加的。在理想化条件下，输出电压Uo等于：1 tUo(t) =- - 0Uidt Uc(0)RC(3-8-6)式中UC (0)是t = 0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 (0) = 0,则1 t Uo(t)=-谪 0Edt = RC(3-8-7)此时显然RC的数值越大，达到给定的 Uo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， 正弦波则产生相移。7、微分运算电路实用微分运算电路如图3.8.7所示，其中Ri是为抑制高频噪声干扰而增加的，而 Cf可起改善微分波形
5、的作用，通常称之为加 速电容。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：duUo = -RC(3-8-8)dt利用微分电路可实现对波形的变换，输 入矩形波时变换为尖脉冲，输入为对称三角 波时变换为方波。四、实验内容注意正、负电源的接法， 并切忌将输出端短路，否则将会损坏集成块。信号输入时先按实验所给的值调好信号源再加入运放输入端。1、反相比例运算电路测量（验证性实验）如图3.8.1所示连接实验电路，检查连线正确无误后方可接通电源。分别输入f=1kHz、Ui =50 mV、100 mV、150 mV （有效值）的正弦波信号，用毫伏表测量5、U。值，用示波器观察并记录其中一组5
6、和U。的波形，记入表 3-8-1。表3-8-1反相比例运算电路测量数据记录f =1kHzUi/mVUo/mVU op-p/mVAuUi、Uo波形测量值理论计算值Jui 50100tUo150Au测量平均值相对误差t2、同相比例运算电路测量（验证性实验）按图3.8.2连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表3-8-2。表3-8-2 同相比例运算电路测量数据记录f =1kHzUi/mVUo/mVUop-p/mVAuui、Uo波形测量值理论计算值Jiu ui50tUo100150Au测量平均值相对误差t图3.8.8可调直流信号源3、反相加法运算电路测量（验证性实验）按图3.8.3正确连接实验电路。输
7、入信号采用图 3.8.8 所示电路获得的直流信号源Ua、Ub。注意实验中必须使|Ua+Ub| 1V （Ua、Ub可为不同数值，不同极性）。用数字万用表测量输入电压Ua、Ub及输出电压 U。，记入表3-8-3,注意输出与输入电压波形的相位关系。表3-8-3 反相加法运算电路测量数据记录实际测量值理论计算值相对误差丫Ua /VUb /VUo /VUo /V4、减法运算电路测量（验证性实验）按图3.8.5正确连接实验电路。采用直流输入信号，要求同实验内容3,记入表3-8-4。表3-8-4 减法运算电路测量数据记录实际测量值理论计算值相对误差丫Ua /VUb /VUo /VUo /V5、积分运算电路测
8、量（验证性实验）按图3.8.6所示，正确连接积分电路。分别取 f =1kHz,峰值为2V的方波作为输入 信号Ui,双踪示波器同时观察输入、输出信号波形及相位关系，记录波形及参数。6、微分运算电路测量（验证性实验）按如图3.8.7所示，正确连接微分电路。分别取 f =1kHz ,峰值为0.5V的方波作为 输入信号 5,双踪示波器同时观察输入、输出信号波形，记录波形及参数。五、预习要求1、复习集成运算放大器线性应用电路的工作原理和电路分析方法。2、熟悉实验内容，推导实验中各电路输出电压的计算公式。3、确定综合应用实验（实验内容7）设计方案。六、实验报告1、画出实验电路图，整理实验数据及波形图。2、如果实验结果与理论值有较大偏差，试分析其可能的原因。七、思考题1、在集成运算放大器线性应用电路实验中，要求 Ui或|Ua+Ub| 1V,为什么？2、在积分电路（图3.8.6）中，输入信号频率有什么要求？说明电路中R的作用。3、在微分电路（图3.8.7）中，输入信号频率有什么要求？说明电路中Cf的作用。
