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1、第3章 低频电子线路实验实验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。三、实验原理图3.8.3 反相加法运算电路图3.8.2 同相比例运算电路 图3.8.1 反相比例运算电路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： （3-
2、8-1）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=R1|Rf。实验中采用10 k和100 k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 （3-8-2）当R1时，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 （3-8-3） R = R1 | R2 | Rf 4、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： （3-8-4） 图3.8.4 同相加法运算电路图3.8.5 减法运算电路图3.8.6 积分运算电路 图3.8
3、.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： 当R1 = R2，R = Rf时，图3.8.5电路为差动放大器，输出电压为： （3-8-5）6、积分运算电路反相积分电路如图3.8.6所示，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： （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 （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
4、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R1是为抑制高频噪声干扰而增加的，而Cf可起改善微分波形的作用，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： （3-8-8）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
5、、100 mV、150 mV（有效值）的正弦波信号，用毫伏表测量Ui、Uo值，用示波器观察并记录其中一组Ui和Uo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/mVUop-p/mVAuui 、uo波形测量值理论计算值ui t uo t50100150Au 测量平均值相对误差2、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ui t uo t50100150Au
6、 测量平均值相对误差图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Uo，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。
7、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UA /VUB /VUo /VUo /V5、积分运算电路测量（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Ui，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Rf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。115
