实训项目3 集成运算放大器的应用电路

1、实训项目3集成运算放大器的应用电路3.1 实训概要通过本章实训学习，加深对集成运算放大器原理的理解，正确理解集成运算放大器工作的偏置条件；能够熟练的对运算放大器进行零偏调整，以使其满足工程实际的要求。同时正确掌握运算放大器反相放大、同相放大、比例运算等运算电路的测试方法，为今后的实际工作打下良好的基础。3.1.1实训总体要求 1.通过实训学习，深入理解运算放大器的偏置条件；掌握偏置电路的正确调整方法。2.加深理解运算放大器的虚地、虚短、虚断等概念，掌握克服零偏现象的技术措施与调整方法；3.通过实训学习，掌握运算放大器的比例放大电路、加减法运算电路及运算放在大器的非线性应用等基本电路。能够实际调

2、试运放电路，满足工程实际的要求。3.1.2实训重点1.运算放大电路零偏的调整方法；2.掌握运算比例运算、加减法运算及非线性应用基本电路的测量和调试方法；3.掌握运放组成的正弦波发生器的特性及其在工程实际中的作用；3.1.3实训知识准备1.认真复习教材中关于运算放大器的有关知识；2.深刻理解运放的虚地、虚短的概念与运放的偏置条件及偏置条件对电路零偏的影响；3.掌握运算放大器的性能特点及输出参数；4.掌握常用电工测量仪表的基本原理和正确使用方法。3.1.4实训考核标准1.能够正确连接各运算电路，并能对电路零偏进行调整直至正常工作状态，占40%；2.掌握各基本运放电路参数的测量方法，并测量验证输入输

3、出信号的函数关系 ，占40%；3.能够对基本放大电路的常见故障进行分析，并能够排除一些基本的故障，占20%。3.2 实训案例操作分析3.2.1案例题目集成运算放大器零偏的调整3.2.2实训目的 1.熟悉运算放大器uA741的各管脚引线功能；2.了解uA741运放的工作原理；3.初步掌握运算放大器电路的测试方法。3.2.3实训原理 图 3.2.1 uA741管脚图集成运算放大器是一种线性集成电路，和其它半导体器件组成的电路一样，使用中需要进行一系列调整才能保证准确使用和正常工作。为了正确使用集成运放，零偏是其中最基本的调整之一。本实验采用的集成运放型号为uA741（或F007），引脚排列如图3.

4、2.1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，脚之间可接入一只几十K的电位器并将滑动触头接到负电源端。 脚为空脚。图 3.2.2 集成运放调零电路为提高运算精度，在运算前， 应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将输入端接地，调零端接入电位器RW，用直流电压表测量输出电压Uo，细心调节RW，使Uo为零（即失调电压为零）。对于uA741运放可按图3.2.2所示电路进行调零。如果一个运放如不能调零，大致有如下原因： 组件正常，接线有错误。 组件

5、正常，但负反馈不够强（RFR1 太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。组件内部损坏，应更换好的集成块。3.2.4实训仪器和设备 表3.2.1 仪器仪表及元器件一览表序号名 称型 号规格数量备注1直流电源输出+12V、-12V12指针万用表MF-471或500型3数字万用表UT-52或DT-990914集成运算放大器UA74115晶体管毫伏表DA-16A0-1000mV16电阻碳膜各种规格7电位器普通2可调电阻3.

6、2.5 实训内容和步骤1.按图3.2.2连接电路，并将信号源Us置零，使同相输入端输入电压为零；2.用毫伏表测量运放的输出电压，观察输出电压值是否为零；3.如果输出电压不为零，调整调零电位器RW直至输出电压为零。调整的过程中注意观察输出电压极性，及时调整电位器的调整方向。3.2.6实训思考题1.若输入端对地短路，输出电压V00，说明组件存在什么问题？如何解决？2.在调零时为什么要接成闭环？把RF开路调零吗？3.为什么防止电源极性接反引超器件损坏，可以在电路中采取什么措施？3.2.7注意事项1.熟习所用仪器仪表的型号、规格、量程、使用方法；2.输入端输入电压最大不得超过电源电压；3.在观察输出电

7、压Uo的过程中，毫伏表要从最大逐步调小，不要一步调的太大，直至调到最小挡位为止。4.实验时，要严格遵守实验规程。正负电源千万不能接反。3.2.8实训报告要求1.实训名称：运算放大器零偏调整 2.实训目的：请参阅3.2.23.实训原理：简单说明原理，并附上实验电路图或实验原理图。4.实训仪器、仪表、设备：列表写明仪器仪表的名称、型号、规格、数量和备注，请参阅仪器仪表及元器件一览表。5.实训内容和步骤： 6.思考题：通过实训全过程，结合教材，进行回答。7.注意事项：集成运算放大器的线性应用（一） 模拟运算电路一、实训目的1.研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法等基本运算电路的功能。2.了解运

8、算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实训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Aud=输入阻抗ri=输出阻抗ro=0带宽fBW=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Uo与输入电压之间满足关系式UoAud（U+U）由于Aud=，而

9、Uo为有限值，因此，U+U0。即U+U，称为“虚短”。（2）由于ri=，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I+I0，称为“虚断”。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，可简化运放电路的计算。2.基本运算电路1）反相比例运算电路电路如图3.1.1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阻R2R1 /RF。图3.1.1 反相比例运算电路 图3.1.2 反相加法运算电路2）反相加法电路电路如图3.1.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为R3R1 / R2 / RF3）同相比例

10、运算电路图3.1.3（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R2R1 / RF当R1时，UOUi，即得到如图3.1.3（b）所示的电压跟随器。图中R2RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10K，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。（a） 同相比例运算电路 （b） 电压跟随器图3.1.3 同相比例运算电路三、实训设备与器件1.±12V直流电源2.函数信号发生器3.交流毫伏表4.直流电压表5.集成运算放大器uA741×16.电阻器、电容器若干。四、实训内容实训前要看清运放组件各管脚的位置；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。1

11、.反相比例运算电路1）按图3.1.1连接实训电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。2）输入f100Hz，Ui0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表3.1.1。表3.1.1Ui0.5V，f100HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV实测值计算值2.同相比例运算电路1）按图3.1.3（a）连接实训电路。实训步骤同内容1，将结果记入表3.1.2。2）将图3.1.3（a）中的R1断开，得图3.1.3（b）电路重复内容1）。表3.1.2 Ui0.5V，f100HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV实测值计算值3.反相加法

12、运算电路按图3.1.2连接实训电路。调零和消振。2） 输入信号采用直流信号，图3.1.6所示电路为简易直流信号源，由实训者自行完成。实训时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压Uo，记入表3.13。图3.1.6 简易可调直流信号源表3.1.3Ui1（V）Ui2（V）UO（V）五、实训总结1.整理实训数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。2.将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。3.分析讨论实训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，并根据实训电路参数计算各电路输出电压的理论值。2.在反

13、相加法器中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui21V，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？3.为了不损坏集成块，实训中应注意什么问题？运算放大器的基本应用（II） 正弦波发生器 一、实训目的1.学习用集成运放构成正弦波发生器。2.学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。二、实训原理由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实训选用最常用的，线路比较简单的正弦波发生器电路加以分析。1.3.2.1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳

14、幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率 起振的幅值条件 式中RFRWR2（R3 / rD），rD为二极管正向导通电阻。调整反馈电阻Rf（调RW），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大Rf。如波形失真严重，则应适当减小RF。改变选频网络的参数C或 R，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作

15、量程内的频率细调。图3.2.1 RC桥式正弦波振荡器三、实训设备与器件1.±12V直流电源2.双踪示波器3.交流毫伏表 4.频率计5.集成运算放大器 uA741×2 6、二极管 IN4148×26.稳压管 2CW231×1 电阻器、电容器若干。四、实训内容RC桥式正弦波振荡器按图3.2.1连接实训电路。1.接通±12V电源，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。描绘Uo的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。2.调节电位器RW，使输出电压Uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压Uo、反馈电压U+和U-，分析研究振荡的幅值条件。3.用示波器或频率计测量振荡频率f0，然后在选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况， 并与理论值进行比较。4.