集成运算放大器应用

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。3、 提高独立设计和独立完成简单实验的能力。二、 仪器仪表实验器材型号用途编号直流稳压电源HT-1712F提供稳定的直流电压万用表直接测量电压、电流、电阻双踪示波器SS-7804读出、分析波形毫伏表YB2173F可直接读出电流电压的有效值信号发生器GFG-8219A提供所需波形实验箱电路板、导线三、 预习思考题1、 本实验中哪些电路需要调零？若需要将如何操作？答：反相比例运算电路，反相加法运算电路。反相放大器调零图如下：操作步骤：（1） 将电路的输入端接地；（2） 用万用表直流电压档或示波器的DC耦合档接在电路的输出端；（3） 调节电位器使输出为零。调零时需细心，不要使电位器的滑动端与地线或电源线相碰，否则会损坏运放。2、 在反相加法器中，如ui1和 ui2均采用直流信号，并选定ui2= 1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度（12V）时，ui1的大小不应超过多少伏？答：uo=-(2ui1+ui2)uo=2ui1-112Vui15.5V3、 在积分电路中，如R1=100k，C=4.7F, 求时间常数。假设ui=0.5V,问要使输出电压 uo达到5V，需多长时间？（设uc0=0）答：积分时间常数=R1C=0.47s在理想化情况下u0t=-1R1C0tuidt+uc0当uo=5V时，t=4.7s4、 为了不损坏集成芯片，实验中应注意什么问题？答：（1）切忌集成运放的正、负电源极性接反和输出端短路，最好在电源上接上保护二极管，防止烧坏； （2）静电敏感的集成块在试验中不能用手触摸，或者说需要先把手洗净，手温适宜。（3）输入信号的幅值要在运算放大器允许的范围之内，不能输入大于其限定的信号。（4）注意芯片管脚的排列顺序，不能插错。四、 实验内容、步骤和注意事项1、 反相比例运算电路（1） 电路图：（2） 步骤：（设计一个反相放大器，Au=-5, Rf=10k,供电电压为12V。）Au=-RfR1R1=2 k RP=1ka. 连接好电路，先利用调零电路调零，使输出为零。输入供电电压12V。b. 调节函数信号发生器，输入f=1kHz, ui=100mV的正弦交流信号，测量相应的uo，并用示波器观察uo和ui的波形和相位关系，记录输入输出波形。读出并记录示波器上uo和ui的峰值，测量放大器实际放大倍数。c. 保持ui=30mV不变，测量放大器的上截止频率，并在上截止频率点时在同一坐标系中记录输入输出信号的波形。2、 反相加法运算电路（1）电路图：（3） 步骤：（设计一个反相加法实现器，实现uo=（2ui1+ ui2）的运算，给定条件为Rf=20k，供电电压为12V，ui1为1V的直流电压，ui2是频率为1kHz，峰峰值为1V的正弦波信号） uo=-(RfR1ui1+RfR2ui2)R1= 10k R2=20k RP=5ka.如图连接好电路。调节稳压源，使其用万用表电流档测出的电压为1V。同理输入供电电压12V。b.调节函数信号发生器，输入f=1kHz,峰峰值为1V的正弦交流信号ui2，ui1端接入电压为1V的稳压源。并用示波器观察uo、ui2的波形和相位关系，记录输入输出波形。3、 积分运算电路（1） 电路图：（2） 步骤：（设计一个反相积分器，其输入信号为f=1kHz,平均值为0，uipp=6V的方波，要求积分器的输出信号幅度uopp(2/3)uipp, 供电电压为12V,积分电容为0.1F。）R1=3k R=33k RP=3ka. 如图连接好电路。输入供电电压12V。b.调节函数信号发生器，输入f=1kHz,平均值为0，uipp=6V的方波。用示波器观察uo、ui的波形和相位关系，在同一坐标系下记录输入输出波形。注意事项：1、 在测试前，应先将示波器的输入耦合开关置GND档，将光点移到荧光屏上的坐标原点，以便读数。2、 测量时，示波器的两个输入耦合开关必须置DC档。3、 测试过程中注意双踪观察输入、输出波形正常后，再用X-Y方式观测传输特性。4、 如果示波器两个通道的电压偏转灵敏度不一致，在进行读数时注意区分。5、 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同向输入端应接入平衡电阻RP。6、 几个仪器共同使用时，必需遵守“共地”连接的原则。7、 严禁信号发生器、稳压电源的输出端短路，以防损坏仪器。8、 实验完毕按有关规定恢复仪器的面板开关旋钮的位置。五、 实验原始数据及处理（1） 原始数据（2） 数据处理1、 反相比例运算电路 Au=-4 fH=138kHz2、 积分运算电路R1=3k R=33k =R1C=310-4s六、 误差分析1、 反相比例运算电路实际Au=-4，理论Au=-5 相对误差：20%原因：（1） 同向输入端接入的平衡电阻 理论值应为 RP=53 k，然而实际电路中取RP=1k，会引起输入级偏置电流引起的运算误差；（2） 示波器读波形时产生读数误差；（3） 实际电路的标称电阻与标称值不符；（4） 导线电阻，仪器发热等因素引起的误差。2、 积分运算电路误差：输出波形中上下不对称，有直流分量。原因：（1） 由于集成运放输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响，出现积分误差；（2） 积分电容器的漏电流也产生积分误差；（3） 运放的直流漂移作用。七、 课后思考题1、 在积分器实验中，若信号源提供不出平均值为零的方波，能否通过耦合电容隔直流？若能，电容值如何取？答：能。电容值远大于积分电容值。2、 若设计一个Au=20的放大器，用来放大f=150kHz的正弦信号，运放应选用LM741还是LM381?为什么？答：应选LM381。LM741增益带宽积不够大。八、 实验总结及心得体会1、学会的方法：通过这次的电路测量实验，我第一次接触了集成运放器 LM741，学习了比例，加法，积分基本运算电路的电路连接方法，掌握了分压式接入电压的方法，反相同相放大器调零法等。锻炼了自己独立设计完成简单实验的能力。2 实验中遇到的问题及解决方法：在实验中我在反相加法运算器电路连接中遇到了问题，初次练好电路后，屏上只出现一半波形，经过检测，发现分压式接入电压的时候，接线接反，导致一个接入电压源被短路。为此我耗费了很多时间，还因为心急重