集成运放基本应用之一模拟运算电路.docx
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集成运放基本应用之一模拟运算电路
实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路
一、实验目的
1、认识并掌握由集成运算放大器组成的比率、加法、减法和积分等基本运
算电路的原理与功能。
2、认识运算放大器在本质应用时应试虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种拥有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外面接入不同样的线性或非线性元器件组成输入和负反应电路时，能够灵便地实现各样特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比率、加法、减法、积分、微分、
对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特色：
在大部分情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，知足以下条件的运算放大器称为理想运放：
开环电压增益Aud=∞
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色：
（1）输出电压UO与输入电压之间知足关系式
UO＝Aud（U+－U－）
因为Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。
即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）因为ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚
断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特色是分析理想运放应用电路的基本源则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路
1）反对照率运算电路
电路如图5－1所示。
关于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的
关系为
UO
RFUi
R1
为了减小输入级偏置电流惹起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1//RF。
图5－1反对照率运算电路图5－2反相加法运算电路
2）反相加法电路
电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
UO（RFUi1RFUi2）R3＝R1/R2/RF
R1R2
3）同对照率运算电路
图5－3（a）是同对照率运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
U（1
RF）U
i
2
1F
O
R1
R
＝R/R
当R1→∞时，UO＝Ui，即获得如图5－3（b）所示的电压跟从器。
图中R2＝RF，
用以减小漂移和起保护作用。
一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟从性。
（a）同对照率运算电路（b）电压跟从器
图5-3同对照率运算电路
4）差动放大电路（减法器）
关于图5-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时，有以下关系式
UORF（Ui2Ui1）
R1
图5－4减法运算电路图5-5积分运算电路
5）积分运算电路
反相积分电路如图5－5所示。
在理想化条件下，输出电压uO等于
uO（t）
1
otuidtuC（o）
RC
1
式中uC（o）是t＝0时辰电容C两头的电压值，即初始值。
若是ui（t）是幅值为E的阶跃电压，并设uc（o）＝0，则
uO（t）
1
otEdt-
E
t
R1C
R1C
即输出电压uO（t）随时间增添而线性下降。
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。
在进行积分运算以前，第一应付运放调零。
为了便于调治，将图中K1闭合，即经过电阻R2的负反应作用帮助实现调零。
但在达成调零后，应将K1翻开，免得因R2的接入造成积分误差。
K2的设置一方面为积分电容放电供应通路，同时可实现积分电容初始电压uC（o）＝0，另一方面，可控制积分初步点，即在加入信
号ui后，只需K2一翻开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
三、实验设施与器件
1、±12V直流电源2、函数信号发生器
3、沟通毫伏表4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1
电阻器、电容器若干。
四、实验内容及实验分析总结
实验前要看清运放组件各管脚的地点；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会破坏集成块。
1、反对照率运算电路
1）按图5－1连结实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
2）输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦沟通信号，测量相应的UO，并用示波器察看uO和ui的相位关系，记入表5-1。
表5-1Ui＝，f＝100Hz
U（iV）U0ui波形uO波形AV
（V）
实测值计算值
-10-10
图像以下：
其中黄线代表Ui蓝线代表U0
分析：
由公式
UO
RF
R1
Ui
可计算出电路的输出电压与输入电压
之比Au的理论值为-10.由上波形图及读表可得Ui=0.175VU0=1.75其比值为10.可知实验模拟收效特别好。
波形图可看出Ui与U0相位恰巧相差半个周期即反相，收效很好。
2、同对照率运算电路
1）按图5－3（a）连结实验电路。
实验步骤同内容1，将结果记入表5－2。
2）将图5－3（a）中的R1断开，得图5－3（b）所示电路重复上述内容，将结果记入表5－3。
表5－2
Ui＝
f＝100Hz
U（iV）
UO（V）
ui波形
uO波形
AV
实测值
计算值
11
表5－3
Ui＝
f＝100Hz
U（iV）
O
ui波形
uO波形
A
V
U（V）
实测值
计算值
1
如图：
其中黄线代表Ui，蓝线代表U0.
分析：
U（1
RF
）U
i
O
R1
由公式
可计算Au的理论值为11，读表可得
计算获得Au的值为，误差为0.9%
，模
拟收效很好。
由波形图可看出Ui与U0的图像同相，符合要求。
分析：
U（1
RF）U
i
O
R1
由公式
，而将R1
断开后公式则变为U0=Ui
可计算
Au的理论值为1，读表可得
U0=0.142V计算获得Au的
值为，误差为
1.39%，模拟收效很好。
由波形图可看出
Ui与
U0的图像同相，符合要求。
3、反相加法运算电路
1）自行设计实验电路，使其知足U0=-10（Ui1+Ui2），并经过给Ui1、Ui2输
入不同样的直流电压，考证电路的功能。
2）实验时要注意选择合适的直流信号幅度以保证集成运下班作在线性区。
用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表5－4中。
表5－4
Ui1（V）
Ui2（V）
UO（V）
分析
数据一数据二数据三数据四数据五
理论值（Ui1+Ui2）
*-10
相对误差
61.1%
27.8%
2.0%
12.4%
6.4%
由上述表格可知：
数据一、数据二误差较大，分析原因可能是直流电压表读取U0时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，致使集成运放没有在线性区工作。
数据三、数据五模拟收效较好。
4、减法运算电路
1）自行设计实验电路，使其知足U0=10（Ui2－Ui1），并经过给Ui1、Ui2输入不同样的直流电压，考证电路的功能。
2）采用直流输入信号时，保证集成运下班作在线性区。
用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表5－5中。
表5－5
Ui1（V）
Ui2（V）
UO（V）
分析：
数据一数据二数据三数据四数据五
理论值（Ui1-Ui2）
*10
相对误差
1.9%
12.0%
1.6%
2.4%
1.9%
由上述表格可知：
数据二误差较大，分析原因可能是直流电压表读取U0时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，致使集成运放没有在线性区工作。
其他数据模拟收效较好，误差均在2%左右。
5、积分运算电路
实验电路如图5－5所示。
1）翻开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。
2）调零达成后，再翻开K1，闭合K2，使uC（o）＝0。
3）起初调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再翻开K2，此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5-6，直到UO不连续显然增大为止。
表5－6
t（s）051015202530...
U0（V）
分析：
误差分析及总结：
图像没如同预期拟合得那么好，主要原因是操
作中我们用视频连续拍下数据，但办理时取数据时间间隔其实不完好一
致，致使误差产生。
但整体来说，线性下降的趋势仍是有的，在必然
程度上达到了考证积分运算电路的性质。
五、实验小结：
六组试验中，反对照率运算电路、同对照率运算电路、跟从特
性曲线、减法运算电路这四组实验收效都特别不错，误差均在实验允
许的范围内。
只有加法运算电路这组实验的数据以及积分运算电路这
组实验的图像有较大的误差。
分析原因以下：
加法运算电路可能是因为直流电压表读取U0时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，致使集成运放没有在线性区工作。
积分运算电路原因是我们采用视频连续拍下数据，但办理时取数据时间间隔其实不完好一致，致使图线并没有如理论一般呈线性下降的趋势。
总的来说，本次实验做得比较成功。
经过本实验，我们对集成运放基本应用中的模拟运算电路有了更深入的理解，增添了知识，收获了技术。
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