中国民航大学电子信息技术实验课件集成运算放大器的线性应用

1、 1.1. 加深对集成运算放大器的基本组态、性能参数的加深对集成运算放大器的基本组态、性能参数的 理解。理解。 2.2. 了解集成运算放大器的特点了解集成运算放大器的特点, ,掌握集成运算放大掌握集成运算放大 器的正确使用方法和基本应用电路。器的正确使用方法和基本应用电路。 实验目的实验目的 集成运放电路是一种高放大倍数，高输入阻抗、低输出阻集成运放电路是一种高放大倍数，高输入阻抗、低输出阻 抗的直接耦合多级放大电路。抗的直接耦合多级放大电路。 外接深度电压负反馈后，集成运算放大器都工作在线性范外接深度电压负反馈后，集成运算放大器都工作在线性范 围围, ,其输出电压其输出电压VoVo与输入电压

2、与输入电压ViVi的运算关系仅决定于外接反的运算关系仅决定于外接反 馈网络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无馈网络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无 关。改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能关。改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能 对对UiUi进行各种数字运算。本实验只讨论比例、加法、减法、进行各种数字运算。本实验只讨论比例、加法、减法、 积分、微分这几种基本运算。积分、微分这几种基本运算。 实验原理实验原理 实验原理实验原理 输入级输入级的作用是使运放有高输入阻抗、高放大倍数、高共模抑的作用是使运放有高输入阻抗、高放大倍数、高共模抑 制比和较小的静态电

3、流；制比和较小的静态电流； 中间级中间级的作用是使运放有较大的放大能力；的作用是使运放有较大的放大能力； 输出级输出级的作用是使运放有较宽的线性范围，较小的输出电阻和的作用是使运放有较宽的线性范围，较小的输出电阻和 较小的非线性失真；较小的非线性失真； 偏置电路偏置电路的作用是使为运放提供各级放大电路的静态工作点。的作用是使为运放提供各级放大电路的静态工作点。 国际符号：国际符号： 国内符号：国内符号： 实验原理实验原理 u- u+ uo 反相输入端反相输入端 同相输入端同相输入端 输出端输出端 反相输入端反相输入端 同相输入端同相输入端 输出端输出端 由于实际运算放大器的性能比较接近理想运算

4、放大器的性由于实际运算放大器的性能比较接近理想运算放大器的性 能，故在一般分析讨论中，采用理想运算放大器工作在线能，故在一般分析讨论中，采用理想运算放大器工作在线 性区的遵循三条基本结论进行分析计算，即：性区的遵循三条基本结论进行分析计算，即： 实验原理实验原理 理想运放线性区的特性：理想运放线性区的特性： AodAod 运放两个输入端之间的差模输入电压为零：运放两个输入端之间的差模输入电压为零：V+ = V- V+ = V- （虚短）（虚短） 运算放大器两个输入端的输入电流为零：运算放大器两个输入端的输入电流为零：I+ = I- = 0 I+ = I- = 0 （虚断）（虚断） v实验所用运

5、放采用实验所用运放采用A741A741型通用集成运放。型通用集成运放。 vA741A741是单片高性能内补偿运算放大器，具有较宽的共是单片高性能内补偿运算放大器，具有较宽的共 模电压范围。它不需要外部频率补偿；具有短路保护、模电压范围。它不需要外部频率补偿；具有短路保护、 失调电压调到零、较宽的共模和差模电压范围以及功耗失调电压调到零、较宽的共模和差模电压范围以及功耗 低的特点。实验所用运放采用低的特点。实验所用运放采用8 8引脚引脚DIPDIP封装，如下图。封装，如下图。 vA741A741各管脚功能如下各管脚功能如下: : 实验原理实验原理 io VV 1 f A 实验原理实验原理 由于运

6、放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同。和反相输入端的电位相同。 所以：所以： 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi/V-2-0.50+0.51 Vo/VRL= RL=5.1K 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： 1 1 1 : 0: : R R A V R R V VV R VV R VV f f i f o F Oi 所以所以 且且 因为因为 连接

7、电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi/mV3010030010003000 Vo/mV理论计算理论计算 实测值实测值 误差误差 1 1 1 1 )1(: : 0 : R R A V R R V VVV R VV R V f f i f o i F O 所以所以 且且 因为因为 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi/mV3010030010003000 Vo/mV理论计算理论计算

8、实测值实测值 误差误差 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： 2 2 1 1 2 2 1 1 : 0: : i f i f o F Oii V R R V R R V VV R VV R VV R VV 所以所以 且且 因为因为 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi1/V0.3-0.30.3-0.31 Vi2/V0.20.2-0.2-0.21 Vo/V理论计算理论计算 实测值实测值 误差误差 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几

9、乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： 12 23 2 32 3 1 1 105.5: : : iio i F Oi VVV RR V RR R VV R VV R VV 所以所以 又由于：又由于： 且且 因为因为 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi1/V10.52-0.31 Vi2/V0.511.8-0.31 Vo/V理论计算理论计算 实测值实测值 误差误差 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相

10、输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： dtV CR dt CR V V dt VVd C R V R VV i i i o Oii 11 11 1 : )( : 所以所以 因为因为 当当Vi为直流电压时：为直流电压时： 1 CR tV V i o 根据以上计算可知：在测量饱和积分时间时，为了测量的根据以上计算可知：在测量饱和积分时间时，为了测量的 可实施，应注意选择可实施，应注意选择10。 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi/V-1-0.50.51 Vo/V理论值理论值 测量值测量值 有效积分时间有效积分时间理论值理论值 测量值测量值 实验

11、原理实验原理 当当Vi为方波时：为方波时： dtV CR V io 1 1 :根据根据 在方波的高电平或低电平时，微分的结果是；在方波的高电平或低电平时，微分的结果是； 在方波的电压由高向低或由低向高跳变时，理想情况下输出在方波的电压由高向低或由低向高跳变时，理想情况下输出 应为正或负无穷大。但是由于信号源输出的方波不是理想的应为正或负无穷大。但是由于信号源输出的方波不是理想的 波形，所以不会出现无穷大的结果，但此时输出也是比较大波形，所以不会出现无穷大的结果，但此时输出也是比较大 的。的。 因此应注意选择合适的因此应注意选择合适的i，否则可能对运放造成伤害。，否则可能对运放造成伤害。 实验原

12、理实验原理 )90cos( )sin( )sin( )cos( 1 )cos( 11 )cos( 1 11 1 11 o io i t CR A t CR A CR tA tdtA CR dttA CR dtV CR V tAV 则：则： 设：设： 当当Vi为正弦交流电压时：为正弦交流电压时： 由此可以看出输入与输出相位相差由此可以看出输入与输出相位相差1/2，输出幅度为输入幅度的，输出幅度为输入幅度的 1/CR1/CR1 1。在设计电路时应注意选择合适的和。在设计电路时应注意选择合适的和R1R1。 信 号 发 生 器 连接电路连接电路 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi为频率为频率100

13、HZ、幅值为的正弦波。、幅值为的正弦波。 o的幅值的幅值 o的频率的频率 Vi为频率为频率100HZ、幅值为的方波。、幅值为的方波。 o的幅值的幅值 o的频率的频率 实验原理实验原理 由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端由于运放在线性电路中几乎不吸收电流，而且同相输入端 和反相输入端的电位相同，所以：和反相输入端的电位相同，所以： dt dV CRV R VV dt dV C dt VVd Ci i fo f Oii : )( : 所以所以 因为因为 连接电路连接电路 信 号 发 生 器 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi为频率为频率160HZ、峰峰值为、峰峰值为1的正弦波。

14、的正弦波。 o的波形描述：的波形描述： o的峰峰值的峰峰值 Vi为频率为频率50HZ、峰峰值为、峰峰值为1的正弦波。的正弦波。 o的波形描述：的波形描述： o的峰峰值的峰峰值 Vi为频率为频率400HZ、峰峰值为、峰峰值为1的正弦波。的正弦波。 o的波形描述：的波形描述： o的峰峰值的峰峰值 Vi为频率为频率200HZ、峰峰值为、峰峰值为100m的方波。的方波。 o的波形描述：的波形描述： o的峰峰值的峰峰值 实验原理实验原理 连接电路连接电路 信 号 发 生 器 测量并记录数据：测量并记录数据： Vi为频率为频率200HZ、峰峰值为的方波。、峰峰值为的方波。 o的波形描述：的波形描述： o的

15、峰峰值的峰峰值 Vi为频率为频率500HZ、峰峰值为的方波。、峰峰值为的方波。 o的波形描述：的波形描述： o的峰峰值的峰峰值 实验中使用到的实验箱有些已经将运算放大器的电源接好，实验中使用到的实验箱有些已经将运算放大器的电源接好， 一部分需要学生自己接运放的电源，包括一部分需要学生自己接运放的电源，包括+12V+12V和和-12V-12V； 注意事项注意事项 集成运算放大器是什么器件？集成运算放大器的频率特性集成运算放大器是什么器件？集成运算放大器的频率特性 具有什么特点？具有什么特点？ 集成运算放大器构成的电路级与级之间的联接有什么特点？集成运算放大器构成的电路级与级之间的联接有什么特点？ 集成运算放大器的输入电阻、输出电阻及开环电压放大