实验报告集成运算放大器的应用.docx
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实验报告集成运算放大器的应用
电工电子实验中心实验报告
姓名王盼宝班级电气二班学号09S006119台号55
日期节次成绩教师签字
实验二集成运算放大器的应用
一、实验目的
1)掌握集成运算放大器的正确使用方法;
2)掌握常用单元电路的设计和调试方法;
3)掌握由单元电路组成简单电子系统的方法及调试技术。
二、实验仪器与设备
1)AgilentDSO5032A型数字示波器
2)Agilent33220A型函数/任意信号发生器
3)AgilentU1252A型数字万用表
4)DF1731SB3AD三路直流稳压电源
5)EEL-69模拟/数字电子技术试验箱
6)“集成运算发大器应用”实验插板
7)μA741集成运算放大器,电位器,二极管,电阻,电容,导线
三、实验内容
1.设计加法电路
【要求】
设计一加法电路,满足关系式
。
1)输入信号
、
都是频率1kHz的正弦信号,幅度分别为
,
,观测输出是否满足要求。
2)输入信号
是频率为1kHz、幅度为
的交流正弦信号,
是直流电压(+0.5V),观测输出是否满足设计要求。
【步骤】
1)首先在Multisim软件环境中搭建如图1所示加法运算电路,由要求可知通过反相比例电路可以实现式子中的加法关系,XFG1,XFG2分别为峰峰值为100mV和200mV的正弦信号。
图1使用运算放大器构成的加法电路
2)通过Multisim仿真可得到图2所示的波形,黄色波形为运算器输出,其结果与要求一致。
图2加法运算电路仿真输出波形
3)在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路,得到如图3所示实验波形,其结果与理论分析一致。
图3加法运算电路实验输出波形
4)将XFG2用0.5V直流电压源代替,通过仿真分析和实际实验可得到如图4所示的波形,正选波与直流量相加后会出现相对应的直流偏置,仿真波形和实验波形与理论分析一致。
图4加法运算电路仿真输出波形
2.设计减法电路
【要求】
设计一减法电路,满足关系式
。
选择合适的幅度,使输出波形无失真,观测输出是否满足设计要求。
【步骤】
1)首先在Multisim软件环境中搭建如图5所示减法运算电路,XFG1,XFG2分别为峰峰值为200mV和100mV的正弦信号。
图5使用运算放大器构成的减法电路
2)通过Multisim仿真可得到图6所示的波形,黄色波形为运算器输出,绿色波形为XFG2输出,即峰峰值为100mV的正弦信号,其结果与要求一致。
图6减法运算电路仿真输出波形
3)在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路,得到如图7所示实验波形,其结果与理论分析一致。
图7减法运算电路实验输出波形
3.设计反相积分器
【要求】
设计一个反向积分器,积分时间常数为2ms。
选择合适的幅度,使输出波形无失真,观测输出是否满足设计要求。
1)输入信号为方波,频率为1kHz,峰-峰值为
,观测输出信号的幅度,与理论值相比较。
2)改变积分器的时间常数,使之增大或减小,观测输出信号的幅度的变化及失真情况,进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。
【步骤】
1)首先在Multisim软件环境中搭建如图8所示积分运算电路,XFG1为峰峰值为6V,频率为1kHz的方波信号。
积分时间常数
。
图8使用运算放大器构成的积分电路
2)通过Multisim仿真可得到图9所示的波形,黄色波形为运算器输出,绿色波形为XFG1输出,即频率为1kHz,峰-峰值为
的方波信号,其结果与要求一致。
图9积分运算电路仿真输出波形
3)在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路,得到如图10所示实验波形,其结果与理论分析一致。
图10积分运算电路实验输出波形
4)通过改变电容和电阻的大小改变积分器的时间常数,可以观察到输出信号幅度发生改变并出现失真,实验波形如图11所示。
图11积分运算电路实验输出波形
4.设计反相微分器
【要求】
设计一个反相微分器,微分时间常数为1ms。
1)输入信号为方波,频率为1kHz,峰-峰值为
,观测输出信号的幅度,与理论值相比较。
若输出有震荡,对电路进行改进,直至震荡基本消除。
2)改变输入信号的频率,使之增大或减小,观测输出信号幅度的变化及失真情况,进一步掌握当输入信号频率变化时微分器时间常数RC对输出的影响。
【步骤】
1)首先在Multisim软件环境中搭建如图12所示微分运算电路,XFG1为峰峰值为2V,频率为1kHz的方波信号。
微分时间常数
。
图12使用运算放大器构成的微分电路
2)通过Multisim仿真可得到图13所示的波形,黄色波形为运算器输出,绿色波形为XFG1输出,即频率为1kHz,峰-峰值为
的方波信号,可以观察到输出存在很大的震荡。
图13存在震荡的微分运算电路仿真输出波形
3)在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路,得到如图14所示实验波形,也可以观测到波形中震荡的存在。
图14存在震荡的微分运算电路实验输出波形
4)将上述电路进行改造,在R1两端加入一个电容,通过仿真和实验可以观察到,谐振明显消失,图15,图16和图17分别为去除震荡后的微分电路和仿真与实验波形。
图15去除震荡后的微分电路
图16去除震荡后的微分运算电路仿真输出波形
图17去除震荡后的微分运算电路实验输出波形
5)通过上述波形可以发现,虽然震荡消除了,但是波形还存在很大的尖峰,图18是加入匹配电阻与稳压二极管的微分运算电路,通过仿真可以发现,此时的输出波形达到令人满意的效果,仿真波形如图19所示。
图18修正后的微分电路
图19修正后的微分运算电路仿真输出波形
5.设计滞回比较器
【要求】
设计一滞回比较器,回差电压约为3V,用两个稳压管来稳定输出的电压。
在比较器的输入端加入频率为1kHz的三角波,注意三角波的幅度应大于所设计的阈值,观测示波器的测试结果,与理论值比较。
【步骤】
1)首先在Multisim软件环境中搭建如图20所示滞回比较电路,输出测使用串联稳压二极管稳定其输出。
图20使用运算放大器构成的电压滞回比较器
2)在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路,得到如图21所示实验波形,可以发现实现了输入电压的滞回比较功能。
图21滞回比较器实验输出波形
四、思考题
1)实际应用中,积分器的误差与哪些因素有关?
最主要的有哪几项?
答:
实际应用积分电路时,由于运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响,会出现积分误差;此外,积分电容的漏电流也是产生积分误差的原因之一。
2)积分器输入方波信号,输出三角波信号的幅度大小受哪些因素制约?
答:
受积分时间常数和输入信号的频率制约。
3)滞回比较器输出电压的上升时间和下降时间与什么因素有关?
如何减小?
答:
与正反馈的强度有关,减小正反馈中的电阻可以减小上升时间和下降时间。