实验集成运算放大器及应用

电工学实验7集成运算放大器及应用

集成运算放大器及应用一、实验目的1、掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。2、学会上述电路的测试和分析方法。3、学会用运算放大器组成积分微分电路；4、掌握积分微分电路的特点及性能。二、实验仪器1、数字万用表2、直流稳压电源3、信号发生器4、低频实验箱三、实验原理1、运算放大器的分类和基本特性（1）运算放大器的分类—通用性运放、高输入阻抗运放、低失调低漂移运放、斩波稳零集成运放。集成运算放大器及应用三、实验原理1、运算放大器的分类和基本特性（2）运算放大器的基本特性

尽管运算放大器的种类很多，用途各异，但它们都是由差动直接耦合的多级大器构成的，它们都有两个输入端和一个输出端。从本质上看，集成运放是一种高性能的直接耦合放大电路。运算放大器的电路符号如图12-1所示，其中U+为同相输入信号，U－为反相输入信号，U0为输出信号。图12-1运算放大器的符号集成运算放大器及应用三、实验原理1、运算放大器的分类和基本特性（2）运算放大器的基本特性在线性工作时，应满足下列关系：uo=Aod（u＋-u-）式中Aod为运算放大器的开环差模电压放大倍数，通常都大于80db(104)。正常工作时，输出电压Uo为有限值，这样就有：U+－U－＝Uo/Aod≈0 (12—1)由于U+-U-趋于零，而放大器输入电阻很大，所以流进运算放大器的电流i亦必趋于零，即ii≈0 (12—2)

（12－１）和（12－２）式是分析集成运算放大器应用电路的基本出发点。集成运算放大器及应用三、实验原理1、运算放大器的分类和基本特性（2）运算放大器的基本特性运算放大器另一个特点是在静态时，输出电压Uo为零，这给电路的设计带来了很大的方便。由于运算放大器具有以上特点，如配有不同的外接电路，就可以完成不同的功能，以达到不同的目的。2、运算放大器的使用注意事项在使用运算放大器之前，必须了解应注意的事项，否则非但达不到预期的效果，而且还会损坏器件。(1)在使用之前，必须认真阅读产品说明书，了解运算放大器的使用极限参数，几何尺寸和管脚分布情况。(2)运算放大器在使用之前必须调零。集成运算放大器及应用三、实验原理2、运算放大器的使用注意事项(3)为了减小和避免输入端基极电流在外电路上的压降不对称而引起输出偏离零值，在设计外电路时要尽量保证两个输入端的外接电路的直流电阻相等。(4)为了运算放大器的应用范围，往往采取外接可调偏流的方法。如果改变组件中某一级的偏置状态，可以使它具有不同特性。(5)注意布线问题。(6)运算放大器的开环增益都很高，而在实际应用中又都加很深的反馈，这样就很容易引起自激振荡，所以在使用时，必须阅读产品说明书，按给定的数值和接法接上电容，进行频率补偿。集成运算放大器及应用三、实验原理2、运算放大器的使用注意事项(7)在使用时，为避免因双端输入信号的幅度过大而损坏运放的输入级，可在输入端加二极管双向限幅保护电路，如图12-2所示。限幅二极管采用小功率硅开关管(2CK型)。避免因输出端瞬时短路而损坏输出级，往往在输出端与反馈引出点之间串人一电阻R3，如图12-3所示。R3值越大，保护效果越好，输出电阻和电压增益指标越差，使用时要综合考虑。图12-2输入级保护图12-3输出短路保护集成运算放大器及应用三、实验原理3、运算放大器参数测试的基本原理运算放大器的参数即技术指标共14项，其中最重要的有四个，即输入失调电压UIO，输入失调电流IIO，开环差模电压增益AOd，共模抑制比CMRR。下面将这四个参数的测试原理和方法分别加以介绍。（1）输入失调电压UIO的测试在理想情况下，运算放大器的输入为零时，其输出也为零。但在实际制造过程中，很难保证运放内部管子的特性完全一致和输入级的完全对称，这样就造成输入为零而输出不为零的现象。为了使输出为零，必须在输入端加一补偿电压，这个补偿电压就称为输入失调电压UIO。UIO越大，说明电路对称性越差。UIO的测试原理图如图12-4所示。集成运算放大器及应用三、实验原理3、运算放大器参数测试的基本原理（1）输入失调电压UIO的测试由图12-4可得 UIO＝UO/(1+)图中为闭环增益，R1＝100Ω,Rf＝10kΩ,则UIO≈UO／100

图12-4UIO

的测试原理图集成榨运算份放大怠器及哀应用三、买实验啄原理3、运午算放挂大器捧参数蓬测试妻的基第本原卷理（2）输顶入失展调电轨流IIO的测准试输入稀失调闸电流IIO是指财当输入信当号为斩零时耻，两剧输入躺端静勇态基极亲电流Ib1与Ib2之差若，即IIO＝Ib1－Ib2，如遮图12使-5所示袍。IIO越小护说明刊差动愁输入度级对彻称性越港好。输入叛失调圣电流遥的测粘试原浊理如晶图12楚-6所示赏。首充先。今把单弯刀双脏掷开关K合上毫，此修时可丈测出刻输出筛失调撒电压肾。惊然后谈打开确开关K，这测时输出传电压眉除包冷含因脑输出盯失调底电压面而产亩生的伏外，掌还含艇有由仗输入祖失调电流想在上融造成垄的电孤压在逼输出痒端上耀产生畅的电栏压差唯。图12栋-5输入锣失调蝴电流集成谱运算猜放大鞋器及懒应用三、妈实验把原理3、运后算放宿大器望参数房诚测试丙的基电本原扭理（2）输钻入失队调电夏流IIO的测惑试因此驰，在Rb＞＞R、Rf＞＞R的条徒件下拦，总的踢输出修电压UO2＝(1手+侮)宏(UIO+IIORb)＝UO1＋(1俯+慨)IIORb图12型-6输入颜失调泰电流终测试暮原理可图集成飞运算序放大兵器及颗应用三、兽实验湿原理3、运此算放么大器灭参数锯测试脸的基谋本原召理（2）输侍入失梦调电惜流IIO的测趣试失调退电流赴为IIO＝×为了址使(U02－U01)足够哲大以陶便于印测试郊，Rb的数掌值不版应太作小。（3）开亦环差墓模电聪压增肝益AOd的测帖试AOd是指快运放问无外财加反绕馈情孟况下肢的差校模电删压增导益，逗它是搅决定运算扇精度赔的重边要因浊素。世不同翁型号蜻的运超算放弊大器筋的AOd值差贩异很大，奴一般尝在60夸dB～14视0d烧B，常伟用的F0拳07型运赴算放帜大器AOd在10处0d六B左右慌。在实域际测呜试参瓣数AOd时，伴为了灿避免帜由于顶零点额漂移妖的影葬响，使输援出端桃不能尊长时郊间保犁持平荷衡状图态，越以至颂影响搏测量东精度效，通隶常采用盗交流迈信号嫁测试末，只姻要测武试频凑率低搏于该鲁运放按的第臭一极孤点频率。集成站运算若放大悄器及羡应用三、砌实验需原理3、运西算放任大器性参数餐测试血的基怜本原副理（3）开旬环差暂模电筒压增益AOd的测量试测试脱参数AOd的原理如微图12碍-7所示哪。按下贪式可合计算蚂出AOd图12编-7测试Aod的原邮理图集成油运算傻放大滚器及茂应用三、臂实验槽原理3、运个算放传大器俯参数参测试叨的基矩本原软理（4）共印模抑谱制比CM堆RR的测舞试共模去抑制没比CM墨RR是衡凭量差动牌输入锐级对鞭称程旨度的恰重要标志值，它月是差犬模放披大倍挨数之比并友取分兽贝数救，即CM净RR＝20禁lg希|葬|一般CM敢RR的值坡在70～10肾0d从b，高聚质量坡的可游达10侵0d晚b。CM惯RR的测婶试电牢路如阳图12姐-8所示闯。运霉算放川大器邪工作女在闭呆环状棚态，规其差配模增鸭益AOd＝Rf/R逝,其共蠢模增园益AOO＝UO／US。所善以，筐只要下测出UO和US，就壶可求咐出。图12尽-8测试CM病RR的原朗理图集成忠运算依放大启器及值应用三、妙实验坚原理3、运俯算放祖大器纸参数涛测试没的基榨本原岛理（4）共股模抑俱制比CM点RR的测羽试CM各RR＝20菠lg例(瞧)为了户保证叼测试捡精度愿，必培须使R＝R’，Rf＝Rf’否则首会产木生附加差脑模输垄入电挂压，稍而造匆成对方共模隶输入工电压仪的测植量误拉差。4、运龙算放杠大器型在信时号运世算方矛面的漆应用运算幸放大播器可碍用于掘对信笔号进婚行比哀例运预算、爆求和删运算捎、积猜分运底算和微证分运羽算等始方面抱，下绵面介组绍实绕现这僻几种厌运算墓的基拳本原呆理和报基本琴电路。集成膀运算册放大夺器及脖应用三、迈实验敬原理4、运袖算放贺大器流在信闷号运市算方阴面的众应用（1）反碎相比边例加御法器图12路-9中输狭出和输入饶是反录相的惭，所道以称为更反相吵比例容加法锯器。根据荷运算膜放大膝器的基坦本特睡性可劝知，U+－U－≈0即U+≈U－。由括于U+＝0，所以U-=0，从基而有图12赢-9反相较比例滚加法半器集成迹运算吓放大坊器及乒应用三、里实验驾原理4、运到算放葱大器家在信逝号运撤算方裳面的镇应用（1）反巷相比申例加誓法器I1＝Ui1/R1,，I2＝Ui2/R2,，In＝Uin/Rn因为U-≈0，所章以输入振和输范出是土比例兔相加辰的关涉系。Rf/Rk是比智例系煮数。烂如果R1=R2=…握…=Rn时，世则称勒为加导法器晶。这绝时应勺有集成物运算顾放大厘器及有应用三、址实验即原理4、运奇算放李大器画在信私号运纳算方嚷面的猪应用（1）反策相比瞒例加案法器为了征保持植直流唤对称种，在驱图12城-9中应葬有如果运只有耐一个夺输入茫信号绒，如Ui,则U0＝-，此臂时即蔑为反相厨比例暗运算番电路。（2）同则相比存例加拍法器如果济信号伙电压矮由同年相输槐入端贫输入闪，如装图12帅-1怖0所示绳。可嚼构成同相羽比例少加法骂器，工根据习米尔查曼定狐理，虚图中集成田运算惹放大干器及锁应用三、刊实验糠原理4、运恼算放税大器裳在信裙号运教算方尼面的器应用（2）同旬相比茶例加逐法器U－＝U＋，所以图12站-1却0同相甜比例台加法哄器集成区运算帅放大银器及阶应用三、扁实验饿原理4、运西算放雁大器外在信削号运蒸算方彩面的苍应用（2）同即相比律例加版法器式中Rq为Ri1,壤Ri2……Rin并联皆后的矛等效漫电阻鬼。如果Ri1＝Ri2＝……Rin则上些式可栋变为此时寨图12腊-1个0的电充路是追同相亦加法回器。以上医运算馒电路木都是嚼代数禁相加古，即离输入摩端的罚电压卖可正制可负扎实现加童减法双。集成源运算蒙放大矮器及霜应用三、遵实验己原理4、运胶算放箭大器劝在信争号运欣算方艳面的戚应用（3）差膝动输肤入比节例加骆法器除同社相和偏反相疑输入防构成的如比例烧加减效法运勤算外椅，还可常以在钢两个域输入棒端同首时输入狠信号尺，即攀所谓核差动衬输入方召式，逃如图12绿-1控1所示滔。图中R＝Rf，R1＝R2用叠姿加原具理，允分别握算出Ui1和Ui2产生棉的输促入电朵压，然后绸再相殊加，厚可得乳出输奶出与艳输入障的关编系。图12艺-1继1差动番输入路比例益加法熊器集成早运算页放大移器及贝应用三、冻实验蹦原理4、运寻算放摧大器模在信吹号运援算方明面的各应用（3）差烛动输跑入比航例加顿法器令Ui2＝0,令Ui俩1＝0,所以利用R＝Rf、R1＝R2的条疾件可包简化圆为集成虏运算索放大宴器及预应用三、考实验谱原理4、运碎算放苏大器烫在信拥号运倦算方残面的倘应用（4）积箩分运北算在图12循-1桨2中，苍因为U＋＝0，所金以U－＝0，并霜有I1＝Ui1／R1,I2＝Ui2／R2……籍,In＝Uin／RnI＝I1＋I2＋……＋In图12跳-1慨2积分零运算竞电路集成界运算纺放大嘉器及教应用三、头实验孔原理4、运柳算放丘大器烘在信蕉号运跨算方朵面的则应用（4）积毫分运晌算为了垃直流作平衡岂，图12羞-1姐2中Rp应为R1,云R2,Rn的并高联值白，Cp=C。在案进行播积分嫌运算朵前，漠为了趣减少UIO和IIO对输翠出的仅影响袖，首先应狼调零方，为陆此接踪蝶入Rf，在朋调零典时，瞎合上百开关K，C积累播的电掩荷释放逆掉。驾此时惊运放嗽接成繁比例心电路蛋，调纲零使已输出骆基本恶为零淘。在洒开始积音分时配，打般开K。（5）微参分运棋算在图12耍-1身3中，U－＝U＋＝0，即U0与Ui的微冷分成镜正比先。集成躲运算翼放大闲器及员应用三、垒实验攻原理4、运图算放狭大器洋在信炊号运世算方递面的朗应用（5）微侦分运缎算图12知-1罚2电路方存在手下列缺点京：①由傍于输星出电免压正辨比于输入爱电压呆的变仔化率睛，因腊此对后者肆的噪化声成剩分非峡常敏披感，使输颤出端挪的信胞噪比雄严重鼠下降饲。②由贱于反尤馈电夺路构调成RC滞后晃环，暴运放笼容易投产生农自激械。③输入课电压挎的突缝变有艺可能使障运放府输入续超过姿组件领允许的共投模电窜压，芳致使鸦组件链阻塞婶造成精“自掘锁”日。图12剖-1驼3基本喜微分高运算轨电路集成杨运算多放大扫器及挥应用三、严实验验原理4、运舒算放绪大器厚在信饮号运沫算方孟面的肢应用（5）微灭分运携算解决吧的办梨法是究如图12覆-1脉4所示筹的微吉分电吊路：①输育入端苦引入耗小电阻R1与C串联教，以芬限制吃噪声和叨输入盗突变说电压豪。②在反诱馈电索路中保加入C1与Rf并联奶，使C1Rf≈悼R1C，用以堤进行虹相应时补偿强防止软自激兼。图12油-1沙4微分济运算朋电路集成线运算邮放大旦器及缸应用三、所实验社原理4、运输算放屿大器牺在信汇号运熟算方摧面的纤应用（5）微框分运孤算③在趴反馈荐回路彼中加姓反向案串联孝的两强个稳熟压管拿，以用限制勾输出浊电压幅偿度。④在R’两端德并联C’＝C+帆C1以进夏一步啦进行督相位歇补偿括。5、运汪算放控大器茎在信舟号处算理方脏面的跌应用腔（选孟做）在自咳动控掠制系销统中葡，运这算放温大器有经常夏用在祸信号届幅度衔比较斥、信驳号幅偶度的蜘选择婆、信熄号的积采样想和保孝持，竿信号陷的有示源滤壶波等辫方面谷。现助就利促用运应算放拆大器喉组成扁有源肌滤波发器作拢一简至单介值绍。滤波开器是腿一种筹电子惑电路胶，它瓜能使胜某一哀范围服内的没频率阴信号斑顺利携通过，宪而对毫在此饰范围究外的头频率韵信号肝则产兽生很捆大衰巡寿减。粘它常睛用在纵信息夫的传递尺和处型理，敌干扰身的抑肢制等爆方面驳。滤狠波器漆分为残由R、L、C等无晃源元串件集成竖运算蜓放大约器及鸟应用三、针实验富原理5、运匀算放毅大器光在信主号处再理方证面的遍应用州（选典做）组成户的“肚无源奔滤波防器”丑和由叹运算决放大矮器及RC网络部组成毯的“读有源赖滤波影器”孕两种显。后身者具逼有重蔽量轻弓、体替积小病、增左益可筑以调道节等扭优点牌，因架而被叹广泛原采用葛。滤波销器以仪它工榆作的解频率枕范围溜分为繁：低队通滤除波器录（即吼低频析容易独通过而汽高频耻不易趴通过错），害高通梢滤波辩器（探和低弟通相怀反）贯，带派通滤誓波器（能匀顺利潜通过猛某一亏频率挎范围浓的信延号，恩而在蔬此范银围之情外的桑将受布到很艘大抑制）高，带即阻滤杆波器喂（和晃带通陪相反少）。6、运律算放悉大器凑在波椅形产广生与猫变换糊方面弱的应花用（庸选做哈）运算斩放大工器加芝上一喘些电缠阻、掌电容边和其开他一歪些半挎导体壁器件铃，就据可构怖成正堡弦波穿，矩肿形波慢（方搅波）如和锯颗齿波乐等波喝形发谋生器瓜。集成崇运算胜放大怪器及疗应用四、盲实验委内容核：1、电喉压跟幕随器雕：实验羡电路棚如图12脱-1忽5所示盲。按表12吵-1内容锹实验览并记冲录。图12大-1叫5电压叶跟随纸器Vi（V）－2－０.５０＋０.５１VO（V）RL=∞RL=5K1表12崇-1集成奴运算熊放大颤器及分应用四、盒实验舰内容泛：2、反育相比悦例放回大器实验扮电路铲如图12酬-1邻6所示界。按表12娇-２内瓜容实旦验并插测量记录击。图12坑-1娱6反相捆比例隶放大疤器直流输入电压U1(mV)30100300500输出电压U0理论估算(mV)实测值(mV)误差表12勤-２集成坟运算胜放大瓶器及素应用四、馒实验狼内容竖：3、同嗽相比斥例放诸大器电路拦如图12忘-1橡7所示按表12泛-3实验品测量摸并记超录。图12赚-2淹5同相决比例异放大舰器直流输入电压UI（mV）30100300500输出电压U0理论估算(mV)实测值(mV)误差表12寺-3集成春运算没放大订器及帜应用四、而实验茫内容格：4、反熊相求屈和放腾大电要路实验隆电路叙如图12银-1本8所示唱。按表12栗-4内容笑进行伟实验测量赌并记拨录。图18泳-1鉴8反相隆求和粘放大竖电路Vi1(V)0.3-0.3Vi2(V)0.20.2V0(V)表12油-4集成聋运算持放大喇器及束应用四、龟实验短内容圈：5、双能端输滤入求垃和放秋大桐实验搬电路嘴为图12锐-1志9所示节。按