集成运放基本应用之一模拟运算电路.docx

1、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

2、益 A ud=输入阻抗 ri=输出阻抗 ro=0带宽 f BW=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 A ud（U+ U）因为 A ud=，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 51 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UORF UiR1为

3、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 52 所示，输出电压与输入电压之间的关系为UO ( RF Ui1 RF Ui2 ) R3 R1/R2 /RFR1 R23)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 (1RF )Ui21 FOR1RR /R当 R1时，UOUi，即获得如图 53(b)所示的电压跟从器。 图中 R2RF，用以减小漂移和起保护作用。一般 RF 取 10K， RF 太小起不到保护作用，太大则影响跟从性。

4、(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，R3RF 时， 有以下关系式UO RF (U i2 Ui1 )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)1ot ui dtu C(o)R C1式中 uC(o)是 t0 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)1ot Edt -EtR1 CR1 C即输出电压 uO(t) 随时

5、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 K 1 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 K 1 翻开，免得因 R2 的接入造成积分误差。 K 2 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 K 2 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

6、、沟通毫伏表 4、直流电压表5、集成运算放大器 A7411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 5-1 Ui， f100HzU（i V ） U0 ui 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

7、：由公式UORFR1Ui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=0.175V U0=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 52。2)将图 5 3(a)中的 R1 断开，得图 53(b)所示电路重复上述内容，将结果记入表 5 3。表 52Uif100HzU（i V ）UO(V)ui 波形uO 波形A V实测值计算值11表 53Ui f 100HzU（i V ）Oui 波形uO

8、 波形AVU (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 (1RF)UiOR1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 (1RF )UiOR1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

9、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 54Ui1 (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

10、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 55Ui1(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

11、较好，误差均在 2% 左右。5、积分运算电路实验电路如图 55 所示。1)翻开 K 2，闭合 K 1，对运放输出进行调零。2)调零达成后，再翻开 K 1，闭合 K 2，使 uC(o)0。3)起初调好直流输入电压 Ui0.5V ，接入实验电路，再翻开 K 2，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 56t(s) 0 5 10 15 20 25 30 .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

12、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。