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1、集成运放组成的基本运算电路集成运放组成的基本运算电路一、实验目的一、实验目的1.研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能；路的功能；2.了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题；了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题；3.理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响；电路各项性能指标的影响；4.了解集成运算放大电路的三种输入方式。了解集成运算放大电路的三种输入方式。二、相关知识（二、相关知识（A741引脚）引脚） 集成运算放大电路（简称集成运放）是一种
2、高增益集成运算放大电路（简称集成运放）是一种高增益的直流放大器，它有二个输入端。根据输入电路的不同，的直流放大器，它有二个输入端。根据输入电路的不同，有同相输入、反相输入和差动输入三种方式。在实际运有同相输入、反相输入和差动输入三种方式。在实际运用中都必须用外接负反馈网络构成闭环，用以实现各种用中都必须用外接负反馈网络构成闭环，用以实现各种模拟运算。模拟运算。二、相关知识（工作电源）二、相关知识（工作电源）-15V 0V +15V二、相关知识（测量线）二、相关知识（测量线）同轴连接器同轴连接器信号参考信号参考屏蔽线屏蔽线信号输入信号输入二、相关知识（二、相关知识（A741引脚）引脚）正电源正电
3、源负电源负电源同相同相输入输入反相反相输入输入输出输出调零端调零端调零端调零端悬空悬空二、相关知识（二、相关知识（A741主要参数）主要参数）详细参数请下载参阅（详细参数请下载参阅（UA741技术资料技术资料.PDF文件）文件）二、相关知识（元件清单）二、相关知识（元件清单）代号代号名称名称规格规格数量数量代号代号名称名称规格规格数量数量1.反相加法运算电路反相加法运算电路3.方波转换成三角波电路方波转换成三角波电路R1 R2电阻器电阻器10K2R1 R电阻器电阻器10K2RF电阻器电阻器100K1R2电阻器电阻器100K1R电阻器电阻器6K21C电容器电容器112.减减法法器器（差差分分放放
4、大大电电路路）运运算算电路电路R1 R2电阻器电阻器10K2RF R3电阻器电阻器100K2三、实验内容三、实验内容1. 实现两个信号的反相加法运算。实现两个信号的反相加法运算。2. 实现同相比例运算。实现同相比例运算。3. 用减法器实现两信号的减法运算。用减法器实现两信号的减法运算。4. 实现积分运算。实现积分运算。5. 用积分电路将方波转换为三角波。用积分电路将方波转换为三角波。1. 实现两个信号的反相加法运算实现两个信号的反相加法运算 电路如下所示，通过该电路可实现信号电路如下所示，通过该电路可实现信号S1和和S2的反的反相加法运算，并且为了消除平均偏置电流及其漂移造成相加法运算，并且为
5、了消除平均偏置电流及其漂移造成运算误差，须在同相端接入平衡电阻运算误差，须在同相端接入平衡电阻R，其值应与反相，其值应与反相端的外接等效电阻相等，即要求端的外接等效电阻相等，即要求 R= Rl/R2/RF。 实验时应注意：实验时应注意：1. 为提高运算精度，首先应对输出直流电位进行测试，即保证零为提高运算精度，首先应对输出直流电位进行测试，即保证零输入时为零输出。输入时为零输出。2. 被加输入信号可以为直流，也可以选用正弦，方波或三角波信被加输入信号可以为直流，也可以选用正弦，方波或三角波信号。但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响和输出号。但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响和
6、输出幅度的限制。幅度的限制。3. 为防止出现自激振荡，应用示波器监视输出电压波形。为防止出现自激振荡，应用示波器监视输出电压波形。1. 实现两个信号的反相加法运算实现两个信号的反相加法运算反相加法运算电路反相加法运算电路AR1R210K10K100KR6.2K+15V-15VS2RFS1O1. 实现两个信号的反相加法运算实现两个信号的反相加法运算反相加法运算仿真电路反相加法运算仿真电路1. 实现两个信号的反相加法运算实现两个信号的反相加法运算反相加法运算仿真电路反相加法运算仿真电路1. 实现两个信号的反相加法运算实现两个信号的反相加法运算输入信号输入信号vs1输入信号输入信号vs2输出电压输出
7、电压vo(V)(V)(V)有效值有效值波波 形形有效值有效值波波 形形有效值有效值峰值峰值波形波形将实验数据及波形填入下述表格中：将实验数据及波形填入下述表格中：注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。2. 实现同相比例运算实现同相比例运算 电路同反相加法运算电路（上图），其特点是输入电路同反相加法运算电路（上图），其特点是输入电阻比较大，电阻电阻比较大，电阻R的接入同样是为了消除平均偏置电的接入同样是为了消除平均偏置电流的影响，故要求流的影响，故要求 R=R1/RF。 实验注意事项同反相加法运算实验。实验注意事项同反相加法运
8、算实验。电压传输特性电压传输特性： 即输入输出成比例关系。但输出信号的大小受放大即输入输出成比例关系。但输出信号的大小受放大电路的最大输出幅度的限制，因此输入输出只在一定范电路的最大输出幅度的限制，因此输入输出只在一定范围内是保持线性关系的。表征输入输出的关系曲线即围内是保持线性关系的。表征输入输出的关系曲线即 Vo = f (Vs)称为电压传输特性，可用示波器加以观察。称为电压传输特性，可用示波器加以观察。2. 实现同相比例运算实现同相比例运算同相比例运算电路同相比例运算电路AR110K10K100KR+15V-15VvOSRF2. 实现同相比例运算实现同相比例运算输入信号输入信号vs1输入
9、信号输入信号vs2输出电压输出电压vo(V)(V)(V)有效值有效值波波 形形有效值有效值波波 形形有效值有效值峰值峰值波形波形将实验数据及波形填入下述表格中：将实验数据及波形填入下述表格中：注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。3. 减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路） 下图所示电路为减法器电路，为了消除输入偏置电流下图所示电路为减法器电路，为了消除输入偏置电流以及输入共模成分的影响，要求以及输入共模成分的影响，要求R1=R2、RF=R3。实验注意事项同反相加法运算实验。实验注意事项同反相加法运算实验。AR110K
10、10K100KR2+15V-15VvOvS2RFvS1R3100K减法器（差分放大电路）运算电路减法器（差分放大电路）运算电路3. 减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路）运算仿真电路减法器（差分放大电路）运算仿真电路3. 减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路）运算仿真电路减法器（差分放大电路）运算仿真电路3. 减法器（差分放大电路）减法器（差分放大电路）输入信号输入信号vs1输入信号输入信号vs2输出电压输出电压vo(V)(V)(V)有效值有效值波波 形形有效值有效值波波 形形有效值有效值峰值峰值波形波形将实验数据及波形填入下述表格中：将
11、实验数据及波形填入下述表格中：注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。4. 积分运算电路积分运算电路 积分电路如下图所示，在进行积分运算之前，将图积分电路如下图所示，在进行积分运算之前，将图中中K1闭合，通过电阻闭合，通过电阻R2的负反馈作用，进行运放零输出的负反馈作用，进行运放零输出检查，在完成零输出检查后，须将检查，在完成零输出检查后，须将K1打开，以免因打开，以免因R2的的接入而造成积分误差。接入而造成积分误差。K2的设置一方面为积分电容放电的设置一方面为积分电容放电提供通路，将其闭合即可实现积分电容初始电压提供通路，将
12、其闭合即可实现积分电容初始电压Vc（0）=0。另一方面，可控制积分起始点，即在加入。另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号信号Vs后，只要后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。路也就开始进行积分运算。4. 积分运算电路积分运算电路 为方便起见，可通过示波器直接观察随时间的变化为方便起见，可通过示波器直接观察随时间的变化轨迹。具体做法是先将光点移至屏幕左上角作为坐标原轨迹。具体做法是先将光点移至屏幕左上角作为坐标原点，轴输入耦合选用点，轴输入耦合选用“C”，扫速开关和，扫速开关和Y轴灵敏度轴灵敏度开关均置于适当位置，触发方式采用开关均置
13、于适当位置，触发方式采用“NORM”。此时若。此时若将将K2打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。由此可分打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。由此可分析析vO与时间与时间t的关系。的关系。4. 积分运算电路积分运算电路积分运算电路积分运算电路AR1100KR21MR100K+15V-15VvOvSK2K11FC4. 积分运算电路积分运算电路将实验数据及波形填入下述表格中：将实验数据及波形填入下述表格中：vs波形波形vs幅度值幅度值vo波形波形vo频率频率vo幅度值幅度值5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波 电路如下图所示。图中电阻电路如下图所示。图中电阻R2的接入是为了抑制
14、由的接入是为了抑制由IIO、VIO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。点。 在在t2（2=R2C）的条件下，若）的条件下，若vS为常数，则为常数，则vO与与t将近似成线性关系。因此，当将近似成线性关系。因此，当vS为方波信号并满足为方波信号并满足Tp2时（时（Tp为方波半个周期时间），则为方波半个周期时间），则vO将转变将转变为三角波，且方波的周期愈小，三角波的线性愈好，为三角波，且方波的周期愈小，三角波的线性愈好，但三角波的幅度将随之减小。但三角波的幅度将随之减小。5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波AR110KR2100KR
15、10K+15V-15VvOvS1FC=R1/R2方波转换成三角波电路方波转换成三角波电路5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波方波转换成三角波仿真电路方波转换成三角波仿真电路5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波脉冲源模型参数脉冲源模型参数5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波方波转换成三角波仿真电路方波转换成三角波仿真电路5. 用积分电路转换方波为三角波用积分电路转换方波为三角波将实验数据及波形填入下述表格中：将实验数据及波形填入下述表格中：vs波形波形vs幅度值幅度值vo波形波形vo频率频率vo幅度值幅度值五、思考题五、思考题1.
16、 什么是集成运算放大器的电压传输特性？输入方式的什么是集成运算放大器的电压传输特性？输入方式的改变将如何影响电压传输特性？改变将如何影响电压传输特性？2. 集成运算放大器的输入输出成线性关系，输出电压将集成运算放大器的输入输出成线性关系，输出电压将会无限增大，这话对吗？为什么？会无限增大，这话对吗？为什么？六、实验报告六、实验报告1. 画出各实验线路图，整理实验数据及结果，总结集成画出各实验线路图，整理实验数据及结果，总结集成运算放大电路的各种运算功能。运算放大电路的各种运算功能。2. 根据实验测得的同相比例传输特性，画出反相比例传根据实验测得的同相比例传输特性，画出反相比例传输特性，并说明之。输特性，并说明之。
