实验三集成运算放大器的基本应用

1、实验三集成运算放大器的基本应用模拟运算电路一、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。二、实验仪器1. 双踪示波器2. 万用表3. 交流亳伏表三、实验原理在线性应用方面，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) 反相比例运算电路电路如图11-1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电圧之间的关系为Uo =- Ui(11-1)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乩二&2) 反相加法电路U11R110KRF100KRW100KU124R2 20KI

2、 3R3 6.2K Uo卜i2y图11-2反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电圧与输入电压之间的关系为RRUo =-(+ t/p)R 产& R： &(11-2)RRi3) 同相比例运算电路图11-3 (a)是同相比例运算电路，它的输出电圧与输入电圧之间的关系为U o = (1 + 才口KR：二 R, &(11-3)当R1-8时，Uo=l,即得到如图11-3 (b)所示的电压跟随器。图中R：=Rr,用以 减小漂移和起保护作用。一般&取1OKQ, Rr太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。UiR1 10KUo UiR2 9.IK100KRW 100K4同相比例运算UoR210KRF10KR

3、W 100K(b)电压跟随器图 11-3同相比例运算电路4)差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，RF“一(SS)R当R1=R2, R3二RF时，有如下关系式:(11-4)5)积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。在理想化条件下，输岀电压U。等于()=1RCjpM + t/c(O)(11-5)式中Uc(O)是t=0时刻电容C两端的电圧值，即初始值。C1图11-5积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设UC(O)=O,则1 衬ft/0(r) = -f Edt =-t(11-6)RCRC此时显然RC的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R或C的值积分波

4、形也不同。一般方波变换为三角波，正弦波移相。6) 微分运算电路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：U。二-RC叫(11-7)dt利用微分电路可实现对波形的变换，矩形波变换为尖脉冲，正弦波移相，三角波变换为方波。图11-6微分运算电路7）对数运算电路对数电路的输出电压与输入电压的对数成正比，英一般表达式为：u0=Klnu：（11_8）利用集成运放和二极管组成如图11-8基本对数电路。K为负系数。8）指数运算电路指数电路的输岀电压与输入电压的指数成正比，其一般表达式为：“o=Ke（11-9）利用集成运放和二极管组成如图11-9基本指数电路。K为负系数。四、实验内容1. 反相

5、比例运算电路1）先把运放调零（方法见实验十步骤3说明），然后在此运放处按图11-1正确连线。2）输入f二1000Hz, Ui=100mV （有效值）的正弦交流信号，打开交流开关，用亳伏表 测量Ui、U。值（用表测量的都为有效值），并用示波器观察U。和U：的相位关系，记 入表lllo表 11-1 Ui=100mV （有效值），f二1000HzU：(V)Uo(V)U,波形u。波形Av实测值计算值2. 同相比例运算电路1）按图11-3（a）连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表11-2。2）将图11-3（a）改为11-3（b）电路重复内容l）o表 11-2 Ui=100mV (有效值)，f二100

6、0HzU：(V)Uo(V)u波形u。波形Av实测值计算值3. 反相加法运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-2正确连接实验电路。2）输入信号采用直流信号源（参照附录一附录图1-1插孔图和采用连接方法1），图11-7所示电路为简易直流信号源Uil、Ui2：+5v100110011K1KU12100ilOO-5V图11-7简易可调直流信号源用万用表测量输入电圧Uil、Ui2（IL要求均大于零小于0.5V）及输出电压U0,记入表11-3。表 11-3U：1 (V)U:2(V)Uo(v)4 减法运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-4正确连接实验电路。2）采用直流输入信号，实验

7、步骤同内容3,记入表U-4o表 11-4Uu (V)U：2（V）Uo(V)5. 积分运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处按积分电路如图11-5所示（5000P由0. OluF 串连组成）正确连接。2）取频率约为5KHz,峰峰值为20伏的方波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS4 连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输出端接示波器，可观察到三角波波形输 出,若有很大的削底失真则增加Ui峰峰值;若有很大的顶端失真则减小Ui峰峰值, 调节一失真很小的三角波波形并记录之。6. 微分运算电路1）先把运放调零，然后在此运放处微分电路如图11-6所示（5000P由0. OluF串连 组成）正确连接。2

8、）取频率约为5KHz,峰峰值为20伏的三角波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS5 连接）作为输入信号Ui,打开交流开关，输出端接示波器，可观察到方波波形。7.对数运算电路Ui100KR1I丿寸吧 100KUA741卜12V图11-8对数运算电路先把运放调零.实验电路如图11-8所示正确连接，D为普通二极管，取频率为400 1000Hz,山御金值为500mV的三角波（参照实验一内容，跳线取PSI、PS5连接）作为 输入信号Ui,打开交流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察 输入和输岀波形如下所示：8.指数运算电路uiR1 100K UoM 100KUA741cH2V图11-9指数运算电路先把运放调零.实验电路如图11-9所示正确连接，D为普通二极管，取频率为600- 1000Hz,峰峰值为IV的三角波（参照实验一内容，跳线取PSI、PS5连接）作为输入信号 U