模拟运算电路

1、模拟电子技术集成运算放大器的基本应用（）模拟运算电路实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。【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。【实验仪器】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A741×1片； 6、电阻器、电容器若干。【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

2、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 AVd= 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） 输出电压与输入电压之间满足关系式：Uo=AVd（U+-U-

3、）由于AVd=，而为有限值，因此，U+-U-0。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IiB0，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7-1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：uo=-RfR1ui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。  (2) 反相加法电路 电路如图7-2所示，输出电压与输入电压之

4、间的关系为： uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2） R3R1/R2/Rf图7-1反相比例运算电路 图7-2反相加法运算电路 (3) 同相比例运算电路 图7-3(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： uo=(1+RfR1)ui R2R1/Rf当R1时，uoui，即得到如图7-3(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，R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     &#

5、160;   (b) 电压跟随器  (4) 差动放大电路（减法器） 对于图7-4所示的减法运算电路，当R1R2，R3Rf时， 有如下关系式： uo=RfR1（ui2-ui1）(5) 积分运算电路 反相积分电路如图7-5所示。在理想化条件下，输出电压等于： (=-uo（t）= -1R1C0tuidt+uc（o）图7-4 减法运算电路 图7-5 积分运算电路式中，uc（o）是t0时刻电容C两端的电压值，即初始值。 如果ui（t）是幅值为E的阶跃电压，并设uc（

6、o）0，则：uo（t）= -1R1C0tEdt = -ER1Ct即输出电压uo（t）随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的uo值所需的时间就越长。积分输出电压uo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R2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R2的接入造成积分误差。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uc（o）0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。【实验内

7、容】实验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. 反相比例运算电路（1） 按图7-1（a）连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，即进行调零和消振。（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7-1中。表7-1ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.54.96实测值计算值误差9.9210-8%2. 同相比例运算电路（1）按图7-3(a)连接实验电路。实验步骤同实验内容1，输入f100Hz，ui0.5V的正弦交流信号，记入表7-2中（2）将图7-3(

8、a)中的R1断开，得图7-3(b)电路，重复内容（1）。表7-2ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.55.49实测值计算值误差10.9811-2%0.50.511.0212%3. 反相加法运算电路 (1) 按图1（b）连接实验电路，接通±12V电源，输入端ui1、ui2对地短路，即进行调零和消振。 (2) 输入信号采用直流信号，图7-6所示电路为简易直流信号源,由实验者自行完成。实验时需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7-3中。表7-3Ui1/V0.50.50.3

9、0.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30Uo计算值-10-8-8-2-3误差22%4%20%23%30%4. 减法运算电路 (1) 按图7-4连接实验电路并接通±12V电源，输入端ui1、ui2对地短路，即进行调零和消振。(2)采用直流输入信号，实验步骤同实验内容3，记入表7-4中。表7-4Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V0.01-1.972.040.041.04Uo计算值0-2201误差1%3%4%4%4%5. 积分运算电路 

10、实验步骤： 实验电路如图7-5所示。(1) 打开K1，闭合K2，对运放输出uo进行调零。(2) 调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uc（o）0。 (3) 预先调好直流输入电压Ui0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压Uo，每隔5秒读一次Uo，记入表7-5中，直到Uo不继续明显增大为止。 【实验总结】1、 整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。 答：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。答：（1） 反相比例运算电路AV实测值9.92计算值10（2） 同相比例运算电路AV（1）实测值10.98计算值1

11、1（2）实测值1.02计算值1（3） 反相加法运算电路Uo/V实测值-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30计算值10-8-8-2-3（4） 减法运算电路Uo/V实测值0.01-1.972.040.041.04计算值0-2201误差分析：从表中数据对比可以看出，理论值和测量值存在一定的偏差，但是在可以接受的范围内。产生误差的原因：（1）实验设备使用了一定的时间，实验电路板的电阻的实际阻值和标注的阻值存在误差，电路中的其他元件老化等对电路也有一定的误差；（2）测量时集成运放等元器件一直处于工作状态，长时间的工作也会对数据的测量产生一定的影响；（3）在用万用表测量实验数据时，首先万用表

12、本身存在误差，其次在测量一些数据时，万用表显示的数值一直在跳动，难以稳定，这也对数据的读数造成一定的影响。 2、分析讨论实验中出现的现象和问题。答：现象：做第一个反相比例运算电路的实验时，示波器上显示的输出电压值为500mV，应约为5V。分析：没有注意到实验箱提供的100k电阻有误，实验箱没有提供相应的100k电阻，实验前没有足够认真检查，Rf误接了10k，导致输出电压有误，耽误了时间，影响后面的实验进程。【思考题】（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。答：反相比例运算电路：uo=-RfR1ui=5V；同相比例放大电路：uo=(1+RfR1

13、)ui=5.5V反相加法运算电路：uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo计算值-10-8-8-2-3减法运算电路：uo=RfR1（ui2-ui1）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo计算值0-2201（2）在反相加法器中，如ui1和ui2均采用直流信号，并选定ui2=-1V，当考虑到运算放大器最大输出幅度（±12V）时，则|ui1|的大小不应超过多少伏？答：由uo=-ui2-2ui1，得ui1=（-ui2-uo）/2,代入数据得|ui1|max=6.5V，所以|ui1|的大小不应超过6.5伏。（3）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