1、實驗三 模擬運算電路實驗三集成運算放大器的基本應用(D模擬運算電路一、實驗目的1(研究ill集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功 能。2( 了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。二、實驗原理集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部 接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現各種特 定的函數關系。在線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等 模擬運算電路。1(理想運算放大器特性在大多數情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術指標理想化。滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放：開環電壓增益A,vd

2、輸入阻抗R, i輸出阻抗R, Oo帶寬f, BW失調與漂移均為零等。理想運放在線性應用時的兩個重要特性：(1) 輸出電壓與輸入電壓之間滿足關系式UoU,A(U,U)ovd,由于，而為有限值，因此，V。即，稱為“虛短”。A,UU,U,OU,Uvdo,(2) 由于，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即，稱為“虛斷”。R, I, Oii這說明運放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的訃算。2(基本運算電路(1)反相比例運算電路電路如圖3-1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為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圖3-2反相加法運算電路 圖3-1反相比例運算電路Rf U, ,UoiRl為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電II。RR, Rf21 (2)反相加法運算電路電路如圖3-2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關系為RRff II II R, RRRU, (U, U) f312oili2RR12(3) 同相比例運算電路圖3-3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為Rf II RR,

4、RU, (1, )Uf21oiRl當時，即得到如圖3-3(b)所示的電壓跟隨器。圖中，U, UR, RR, 2floi用以減小漂移和起保護作用。一般取，太小起不到保護作用，太大則影響跟RR10K, ffRR100 K, 10 K, ffRIO K, 1 , GND 741 741 , , 741 , Ui, U, U Uooi9. IK, R2 R10K, 2GND GND(b)電壓跟隨器)同相比例運算電路圖3-3同相比例運算電路隨性。(4) 差動放大電路(減法器)對于圖3-4所示的減法運算電路，當，時，有如下關系式R,RR,R3fl2Rf U, (U, U)oi2ilRl(5) 積分運算電路

5、反相積分電路如圖3-5所示。在理想化條件下，輸出電壓U等于。tl U(t),Udt, U(0)oic,RC10式中U(0)是時刻電容兩端的電壓值，即初始值。t, OCcU(t)E如果是幅值為的階躍電壓,并設U(0),0,則ictEl UtEdtt (), o, RCRC110即輸出電壓隨時間增長而線性下降。顯然的數值越大，達到給定的值U(t)RCUolo所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受集成運放最大 輸出范圍的限值。在進行積分運算之前，首先應對運放調零。為了便于調節，將圖中K1閉合，即通過電阻的負反饋作用幫助實現調零。但在完成調零后，應將K1打開，以免因 的接入RR22造成積分誤

6、差。K2的設置一方面為積分電容放電提供通路，同時可實 現積分電容初始電壓;另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號后，只要K2 打開，電 UU(O), Oci容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算。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圖3-4減法運算電路 圖3-5積分運算電路 三、實驗設備與器件1(?12V直流電源2(函數信號發生器3(雙蹤示波器4(數字萬用表5.集成

7、運算放大器PA741X1 6.電阻器、電容器若干。四、 實驗內容實驗前要看清運放組件各管腳的位置如圖3-6;切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。vcc*IN.、(6)ft 1*OUTIN-OFFSET N1 OFFSET N2 Vcc-3-6 UA741管腳圖實驗中采用的集成運放型號為PA741,引腳排列如圖3-6所示。它是八腳雙列 直插式組件，？腳和?腳為反相和同相輸入端，？腳為輸出端，？腳和?腳為正，負電 源端，？腳,和?腳為失調調零端，？?腳之間可接入一只兒十K的電位器并將中心抽頭接到 負電源端。？腳為空腳。1(反相比例運算電路(1) 按圖3-1連接實驗電路，接通？1

8、2V電源，輸入端對地短路，進行調零和消 振。(2) 從輸入V的直流信號，用數字萬用表記錄和U的數字關系，改變輸U, 0. oUiio入電壓值，將結果記入表3-1。表3-1Av(V) (V) UU 次數 io實測值計算值122(同相比例運算電路(1) 按圖3-3 (a)連接實驗電路。實驗步驟同上，將結果記入表3-2。(2) 將圖3-3(a)中的斷開，得圖3-3 (b)電路，重復內容，將結果記入表3-3o R1表3-2Av(V) (V) UU 次數 io實測值計算值12表3-3Av(V) (V) UU 次數 io實測值計算值123(反相加法運算電路(1) 按圖3-2連接實驗電路，接通？12V電源，

9、輸入端、對地短路，進行調零UUili2和消振。(2) 輸入信號采用直流信號，用數字萬用表測量輸入電壓、及輸出電壓，UUUili2。改變、數值，將結果記入表3-4。(注意：實驗時要選擇合適的直流信號幅 度以確保UUili2集成運放工作在線性區)。表3-4(V) Uo(V) (V) UU 次數 ili2實測值計算值124(減法運算電路表3-5(V) UoU(V) U(V)次數 ili2實測值計算值12(1)按圖3-4連接實驗電路，接通？12V電源，輸入端、對地短路，進行調零UUili2和消振。(2)采用直流輸入信號，實驗步驟同內容3,記入表3-5。5(積分運算電路實驗電路如圖3-5所示。(1) 打開K2,閉合K1,對運放輸出進行調零。Uo(2) 調零完成后,再打開K1,閉合K2,使。U(0),0c(3) 預先從示波器信號發生器部分調好交流輸入信號KHZ V,接入實f, 1U, 0. 5i 驗電路，再打開K2,然后用示波器觀察輸入輸出信號波形，并記錄波形。五、實 驗報告1(整理實驗數據，畫出波形圖(注意波形間的相位關系)。2(將理論訃算結果和實測數據相比較，分析產生誤差的原因。3(分析討論實驗中出現的現象和問題。六、預習要求1(復習集成運放線性應用部分內容，并根據實驗電路參數計算各電路輸出電壓 的理論值。2. 在反相加法器中，如和均采用直流信號，并選定V,