华中科技大学电子线路实验报告集成运算放大器的基本应用

1、 # 华中科技大学电子劈设计、测试与实验实验报告集成运算放大器的基本应用实验名称:院（系）:专业班级:姓名：学号：时间：地点：实验成绩:指导教师:2013年5月7日一实验目的掌握集成运算放大器的正确使用方法。掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入,输出波形的测量和描绘方法。二.实验元器件类型型号（参数）数量集成运算放大器LM3241片电位器1kQ1只电阻100k02只；10kQ3只；5.1k01只；9kQ1只电容0.01Uf1只三、预习要求1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的

2、工作原理。2写出上述四种运算电路的vi、vo关系表达式。实验荊计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。自拟实验数据表格。四实验原理及参考电路本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。反向比例运算反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则Rf图1反向比例运算电路原理图其输入电阻RifR,图中Rf=RfIIRio由上式可知，改变电阻用和丘的比值，就改变了运算放大器的闭环增益Ay。在选择电路参数是应考虑：根据增益，确定皿与76的比值，因为 所以，在具体确定心和/?i的比值时应考虑；若用太大，则丘亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若心太小，则

3、Ri亦小，输入电阻也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取&为几十千欧至几百千欧。若对放大器输入电阻有要求，则可根据Ri=R先确定Ri,再求用。运算放大器同相输入端外接电阻/?是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取R=RJR,由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。反向比例加法运算反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”,山1和山2均可通过/?1、/?2转换成电流，实现代数相加，其输出电压竹“色呛IR1/?2当Ri=R2=R时Vo=-（V11+V12）R为保证运算精

4、度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。/?/与R的取值范围可参照反比例运算电路的选取范囤。同理，图中的Rr=Rj/Ri/?2oRf图2反向比例加法运算电路原理反向比例减法运算减法运算电路如图3.当Ri=R?,R=&时,输出电压Vo=(V12-V11)R在电阻值严格匹配情况下，本电路具有较高的共模抑制能力。Rf # #图3反向比例减法运算电路原理反向比例积分运算电路 #如图4,当运算放大器开环电压增益足够大，且尺开路时，可人认为IR=ic,其中VI11=Ri 将i心ic代入,并设电容两端初始电压为零.则当输入信号“(/)为幅度Vi的直流电压时,此时输出电压(

5、/)的波形是随时间线性下降的，如图5。当输入信号刃(/)为正方波时，输出电压Vo(t)的稳态波形如图6所示。实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻用，用于直流负反馈，其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移，其阻值必须取得大些，否则电路将变成一阶低通滤波器。同时用的如入将对电容C产生分流作用，从而导致积分误差。为克服误差，一般需满足RjCRiCoC太小.会加剧积分漂移，但C增大，电容漏电流也会随之加大。通常取集成运算放大器LM324的内部电路结构和引脚排列如图7所示。硬件实验内容反相比例运算设计并安装反向比例运算电路，要求输入阻抗R=10RG。在该放大器输入端加入f=1kHz的正弦电压，

6、峰峰值500mv,测量放大器的输出电压，电压增益。反相比例加减法输入1kHz正弦波，峰峰值为500mv,调节凡产生Vi2Pp500mv测量输出电压V电路如下图R1lkRfRpIk # 加减法运算电路反向比例积分电路输入f=500Hz9峰峰值为1V的正方波（调节offset使其为正方波）用DC挡测试匕，画出其波形，标出其幅值和周期获得如下波形实验结果及分析1-反相比例运算VoV。实测值V。理论值相对误差Vx=608mV6.32V6.08V3.9%Vi=704mV7.28V7.04V3.4%实验结果分析结论:由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范国内，实验结果有效反向比例积分电路实验结果分析结

7、论：方波上升与下降沿未明显显示出来，但不影响实验结果，实验结果有效3、反相比例加法运算VoV。实测值V。理论值相对误差Vii=480mVVi2=300mV8.00V7.80V2.6%Vii=480mVVi2=400mV8.80V8.80V0.0%实验结果分析结论:由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效4、反相比例减法运算VoV。实测值V。理论值相对误差Vii=960mVVi2=700mV2.40V2.60V7.7%Vii=960mVVx2=600mV3.54V3.60V1.7%实验结果分析结论:由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效七、思考题在反相比

8、例加法运算电路中（开关S置A点）。R值应怎样确定？若R1=R2=10kO,R=5.1kQ,试问：取R1=10kQ和RWIOOkQ两种情况下，哪一种运算精度高？为什么？对照实验结果分析。答：R=RfRMR2,Ri=l00kQ度高，因为当R1越小，信号的放大越明显，则精度越高。若输入信号与放大器的同相端相连，当信号正向增大时，运算放大器的输出时正还是负？答：因为放大器同相端与输出端同相，所以输出应为正若输入信号与放大器的同相端相连，当信号反向增大时，运算放大器的输出时正还是负？答：放大器反相端与输出端反相，当信号负向增大，输出应为正八、小结本次实验相比于前几次实验而言，相对简单，因而做的也较快。唯一容易出错的地方在于实验电路需要更换，因而换电路时，要特别注意电阻的阻值，最好用万用表量一下在接入电路。本实验应用到了集成运算放大器，这是以前的实验没有接触到的，本实验了解到了集成运放的连接方式，因而也有一些收获。实验中出