集成运算放大器应用

1、.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

2、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u i1 和 u i2 均采用直流信号，并选定u i2 = 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 + u i2 )|u o|= | 2ui1- 1| 12V| ui1 | 5.5V3、 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

3、压u o 达到 5V，需多长时间？（设 uc ( 0) = 0）答：积分时间常数= R1 C=0.47s在理想化情况下u0( t ) = -1t)R1 C u i dt + u c ( 00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

4、、 反相比例运算电路（ 1）电路图：（ 2）步骤：（设计一个反相放大器，A u = -5, Rf = 10k ,供电电压为 12V。）RfAu = -R1R1 = 2 k RP = 1k a. 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 u o，并用示波器观察 u o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 u o 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

5、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u o = （ 2 ui1 +ui2 ）的运算，给定条件为Rf = 20k ，供电电压为 12V， u i1 为 1V 的直流电压，ui2 是频率为1kHz ，峰峰值为1V 的正弦波信号）ou= -(Rf u i1 + Rf u i2 )R1R2R1 =10k 2R= 20k PR = 5k a.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

6、入电压为 1V 的稳压源。并用示波器观察uo 、 u i2 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u opp (2/3)u ipp , 供电电压为 12V,积分电容为0.1 F。）.R1 = 3k R = 33k RP = 3k a. 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，u ipp = 6V 的方波 。用示波器观察 uo 、 u i 的波形和相位关系，在同一坐标系下记录输入输

7、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

8、.（ 2）数据处理1、 反相比例运算电路Au = -4f H = 138kHz2、 积分运算电路R1 = 3k R = 33k = R1C=3 10 -4 s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 =5k ，然而实际电路中取 RP = 1k ，3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

9、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