实验一-集成运算放大器基本运算电路

+-8Rf100kR110kR29.1kUO0Ui实验一集成运算放大器基本运算电路一、实验目的1、学习集成运算放大器的使用方法。2、熟悉集成运算放大器组成的基本运算电路。3、学会集成运放电路的测试方法。二、实验仪器１．ADCL-Ⅲ电子技术综合实验箱２．DF1641D函数发生器３．V-252日立示波器４．DF2172B交流毫伏表５．MF50万用表6．集成运算放大器应用模块三、预习内容及思考问题1、复习集成运算放大器组成比例、加法、减法、积分、微分等基本运算的电路组成形式及原理。2、明确集成运算放大器使用时的注意事项。3、如何在理想条件下，分析各实验电路输入、输出之间运算关系。四、实验原理说明集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟信号运算电路。基本运算电路图7-11、反相比例运算电路电路如图7-1所示，对于理想运放，该电路的输出的信号电压与输入信号电压之间的关系为：其中1RRf为比例系数，“-”号表示输出信号与输入信号相位相反。ifOURRU1+-8i1UR210kRf100k0R110kOUi2UR362k为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入“平衡电阻”fRRR//122、反相加法电路电路如图7-2，输出电压与输入电压之间的关系为2211ififOURRURRU平衡电阻：F213R//R//RR图7-23、同相比例运算电路同相比例运算电路图7-3（a），它的输出电压与输入电压之间的关系为ifOURRU11其中，11RRf为比例系数，Uo与Ui同相位。电路中平衡电阻fRRR//12。若1R,ioUU,即得到如图7-3（b）所示的电压跟随器，平衡电阻fRR2。用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。O+-8R210kU（a）R29.1kRf10kU+-8i（b）Rf100kUi0OR110kU4、减法器电路对于图7-4所示的减法运算电路，当21RR，fRR3时，有如下关系式：图7-3R3100kUi1R110kUR210kO+-80URf100ki21i2i13OUURRU5、积分器电路积分器可以实现对输入信号的积分运算。图7-5是其原理电路。根据反相输入端为“虚地”的概念，有RUiiic1因此titcodttuRCdtiCtu00)(11)(显然，输出电压是输入电压的积分，其中积分时间常数：RC。当输入电压)(tui是对称方波时，输出电压)(tuo的波形应为三角波，且输出电压的相位和输入电压的相位相反。为了限制电路的低频增益，减少失调电压的影响，可在图7-6所示电路中，与电容C并联一个电阻Rf，就得到一个实用的积分电路。如图7-6所示。其中平衡电阻fPRRR//。6、微分器电路将积分器中的R与C的位置互换，就组成了最简单的微分器，如图7-7所示。因为根据反相端根据反相端为“虚地”的概念，有：dtduCiii又∵fofiRtUii∴dtduCRRituifffo)(负号表示Uo与Ui反相。上式表明信号Uo与输入信号是Ui之间可实现微图7-4图7-5图7-6图7-7分运算，若输入电压为对称的三角波，则输出电压为对称方波。实用的微分电路如图7-8所示，图中串入了小电阻R，可以有效抑制高频噪声干扰。但R的值不能过大，过大会引起微分运算误差。五、实验内容及步骤1、反相比例运算关系测试①按图7-1连接实验电路，仔细检查电路无误后，再接通12V电源。（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运放。）②接通电源后，一般情况下应先对运算放大器“调零”，（即Ui=0时，要求Uo=0）。如发现有自激振荡还应“消振”，之后才可进行测试。③当电路输入不同大小的直流电压时，用万用表测出相应的直流输出电压Uo记入表7-1中。表7-1原始测试数据计算值（比例系数ioUU）Ui0.2V0.5V1V-0.2V-0.5V-1V实测比例系数理论比例系数Uo④当输入信号改换为f=1KHz，Ui=0.5V的正弦交流信号时。用交流毫伏表测量相应的输出Uo的大小，用示波器观察输出电压Uo波形并比较Ui与Uo的相位。将测试结果记入表7-2中。表7-2原始测试结果计算值输入正弦信号输出正弦信号测量Au值理论Au值UiUi波形UoUo波形0.5V2、同相比例运算关系测试按图7-3(a)连接实验电咱，给其输入f=1KHz，Ui=0.5V的正弦交流信号，用交流毫伏表测量相应的输出电压Uo的大小，用示波器观察输出电压Uo的波形图7-8并比较Ui与Uo的相位。将测试结果记入表7-3中。表7-3原始测试结果计算值输入正弦信号输出正弦信号测量Au值理论Au值UiUi波形UoUo波形0.5V3、反相加法器运算关系的测试按图7-2连接实验电路。给输入端分别输入不同的直流电压信号时，用万用表直流电压档分别测出相应的直流输出电压Uo，并将测量结果与理论计算值比较,记入表7-4中，表7-4原始测试数据理论估算值Ui10.3V-0.3V0.3V-0.3VUi20.2V0.2V0.2V0.2VUo4、减法运算器运算关系的测试按图7-4连接实验电路。给输入端分别输入不同的直流电压信号时，用万用表测出相应的直流输出电压Uo,将测量结果理论计算值进行比较,记入表7-5中，表7-5原始测试数据理论估算值Ui11V0.2V-1V0.2VUi20.5V-0.2V0.5V-0.2VUo观察积分运算器运算关系按图7-6所示积分器连接实验电路。（R=10KΩ,Rf=100KΩ,Rp=10KΩ,C=0.1µF）.给输入端输入f=1KHz,峰峰值为10V的方波信号Ui,用双踪示波器同时观测并画出ou和iu的波形，记录ou和iu的相位关系。观察微分运算器的运算关系。按图7-8所示微分器连接实验电路。给其输入端输入f=1KHz,幅度为2V的三角波信号Ui,用双踪示波器同时观观测并画出ou和iu的波形，记录ou和iu的相位关系。六、实验报告1、整理实验数据，将测试结果与理论估算结果进行比较。2、用坐标画出比例运算器的特性曲线。3、画出输入、输出电压波形图，根据波形比较Ui与Uo相位。4、谈谈你对使用集成运放的体会。