实验三模拟运算电路

1、实验三 模拟运算电路实验三集成运算放大器的基本应用(D模拟运算电路一、实验目的1(研究ill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、实验原理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 模拟运算电路。1(理想运算放大器特性在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化。满足下列条件的运算放大器称为理想运放：开环电压增益A,vd

2、输入阻抗R, i输出阻抗R, Oo带宽f, BW失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性：(1) 输出电压与输入电压之间满足关系式UoU,A(U,U)ovd,由于，而为有限值，因此，V。即，称为“虚短”。A,UU,U,OU,Uvdo,(2) 由于，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即，称为“虚断”。R, I, Oii这说明运放对其前级吸取电流极小。上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的讣算。2(基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图3-1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为R RK, 100 100K, ff RK, 10 1

3、U, il R1 U, U , i2, , i R10K, K,10 ,2, 741 741 ,U , UooR R 234. 7K, 9. IK,GND GND GND GND图3-2反相加法运算电路 图3-1反相比例运算电路Rf U, ,UoiRl为了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II。RR, Rf21 (2)反相加法运算电路电路如图3-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为RRff II II R, RRRU, (U, U) f312oili2RR12(3) 同相比例运算电路图3-3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为Rf II RR,

4、RU, (1, )Uf21oiRl当时，即得到如图3-3(b)所示的电压跟随器。图中，U, UR, RR, 2floi用以减小漂移和起保护作用。一般取，太小起不到保护作用，太大则影响跟RR10K, ffRR100 K, 10 K, ffRIO K, 1 , GND 741 741 , , 741 , Ui, U, U Uooi9. IK, R2 R10K, 2GND GND(b)电压跟随器)同相比例运算电路图3-3同相比例运算电路随性。(4) 差动放大电路(减法器)对于图3-4所示的减法运算电路，当，时，有如下关系式R,RR,R3fl2Rf U, (U, U)oi2ilRl(5) 积分运算电路

5、反相积分电路如图3-5所示。在理想化条件下，输出电压U等于。tl U(t),Udt, U(0)oic,RC10式中U(0)是时刻电容两端的电压值，即初始值。t, OCcU(t)E如果是幅值为的阶跃电压,并设U(0),0,则ictEl UtEdtt (), o, RCRC110即输出电压随时间增长而线性下降。显然的数值越大，达到给定的值U(t)RCUolo所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大 输出范围的限值。在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因 的接入RR22造成积分误

6、差。K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实 现积分电容初始电压;另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号后，只要K2 打开，电 UU(O), Oci容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。C 10, F10K, RK1 2 R100 K, , ,fK2 , , R R110 K, 1 , U, , , iUill K,741 , R 10K, 741 2 Ui2 , , Uo , UoR R33100K, 100K,GND GND GND GND图3-4减法运算电路 图3-5积分运算电路 三、实验设备与器件1(?12V直流电源2(函数信号发生器3(双踪示波器4(数字万用表5.集成

7、运算放大器PA741X1 6.电阻器、电容器若干。四、 实验内容实验前要看清运放组件各管脚的位置如图3-6;切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。vcc*IN.、(6)ft 1*OUTIN-OFFSET N1 OFFSET N2 Vcc-3-6 UA741管脚图实验中采用的集成运放型号为PA741,引脚排列如图3-6所示。它是八脚双列 直插式组件，？脚和?脚为反相和同相输入端，？脚为输出端，？脚和?脚为正，负电 源端，？脚,和?脚为失调调零端，？?脚之间可接入一只儿十K的电位器并将中心抽头接到 负电源端。？脚为空脚。1(反相比例运算电路(1) 按图3-1连接实验电路，接通？1

8、2V电源，输入端对地短路，进行调零和消 振。(2) 从输入V的直流信号，用数字万用表记录和U的数字关系，改变输U, 0. oUiio入电压值，将结果记入表3-1。表3-1Av(V) (V) UU 次数 io实测值计算值122(同相比例运算电路(1) 按图3-3 (a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表3-2。(2) 将图3-3(a)中的断开，得图3-3 (b)电路，重复内容，将结果记入表3-3o R1表3-2Av(V) (V) UU 次数 io实测值计算值12表3-3Av(V) (V) UU 次数 io实测值计算值123(反相加法运算电路(1) 按图3-2连接实验电路，接通？12V电源，

9、输入端、对地短路，进行调零UUili2和消振。(2) 输入信号采用直流信号，用数字万用表测量输入电压、及输出电压，UUUili2。改变、数值，将结果记入表3-4。(注意：实验时要选择合适的直流信号幅 度以确保UUili2集成运放工作在线性区)。表3-4(V) Uo(V) (V) UU 次数 ili2实测值计算值124(减法运算电路表3-5(V) UoU(V) U(V)次数 ili2实测值计算值12(1)按图3-4连接实验电路，接通？12V电源，输入端、对地短路，进行调零UUili2和消振。(2)采用直流输入信号，实验步骤同内容3,记入表3-5。5(积分运算电路实验电路如图3-5所示。(1) 打开K2,闭合K1,对运放输出进行调零。Uo(2) 调零完成后,再打开K1,闭合K2,使。U(0),0c(3) 预先从示波器信号发生器部分调好交流输入信号KHZ V,接入实f, 1U, 0. 5i 验电路，再打开K2,然后用示波器观察输入输出信号波形，并记录波形。五、实 验报告1(整理实验数据，画出波形图(注意波形间的相位关系)。2(将理论讣算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。3(分析讨论实验中出现的现象和问题。六、预习要求1(复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压 的理论值。2. 在反相加法器中，如和均采用直流信号，并选定V,