實(shí)驗(yàn)三集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

1、 實(shí)驗(yàn)三 集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用 模擬運(yùn)算電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 研究由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運(yùn)算電路的功能。2. 了解運(yùn)算放大器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的一些問(wèn)題。二、實(shí)驗(yàn)儀器 1雙蹤示波器 2萬(wàn)用表3交流毫伏表三、實(shí)驗(yàn)原理在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等模擬運(yùn)算電路。1）反相比例運(yùn)算電路電路如圖11-1所示。對(duì)于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 （11-1） 圖11-1 反相比例運(yùn)算電路為減小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2=R1RF。2）反相加法電路1 / 7 圖11-2 反相加法運(yùn)算電路電路

2、如圖11-2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R3=R1R2RF （11-2）3）同相比例運(yùn)算電路 圖11-3（a）是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 R2=R1RF （11-3）當(dāng)R1時(shí)，UO=Ui，即得到如圖11-3（b）所示的電壓跟隨器。圖中R2=RF，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10K，RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。圖11-3 同相比例運(yùn)算電路 4）差動(dòng)放大電路(減法器)對(duì)于圖11-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1=R2，R3=RF時(shí)，有如下關(guān)系式： （11-4） 圖11-4 減法運(yùn)算電路 5）積分運(yùn)算電路 反相積分電路如圖11-5所示。在理想化

3、條件下，輸出電壓U0等于 （11-5）式中UC(0)是t=0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。 圖11-5 積分運(yùn)算電路如果Ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)UC(0)=0，則 （11-6）此時(shí)顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的U0值所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，改變R或C的值積分波形也不同。一般方波變換為三角波，正弦波移相。 6）微分運(yùn)算電路微分電路的輸出電壓正比于輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分，一般表達(dá)式為： = （11-7）利用微分電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的變換，矩形波變換為尖脈沖，正弦波移相，三角波變換為方波。 圖11-6 微分運(yùn)算電路7）對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)電路的輸出電壓與輸入電壓的對(duì)數(shù)成正比，其一般表達(dá)式為： u0=

4、KlnuI （11-8）利用集成運(yùn)放和二極管組成如圖11-8基本對(duì)數(shù)電路。K為負(fù)系數(shù)。8）指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)電路的輸出電壓與輸入電壓的指數(shù)成正比，其一般表達(dá)式為： （11-9）利用集成運(yùn)放和二極管組成如圖11-9基本指數(shù)電路。K為負(fù)系數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1反相比例運(yùn)算電路 1）先把運(yùn)放調(diào)零（方法見(jiàn)實(shí)驗(yàn)十步驟3說(shuō)明），然后在此運(yùn)放處按圖11-1正確連線。 2）輸入f=1000Hz，Ui=100mV（有效值）的正弦交流信號(hào)，打開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，用毫伏表測(cè)量Ui、U0值（用表測(cè)量的都為有效值），并用示波器觀察U0和Ui的相位關(guān)系，記入表11-1。表11-1 Ui=100mV（有效值），f=1000HzUi(V

5、)U0(V)Ui波形U0波形Av 實(shí)測(cè)值計(jì)算值 2同相比例運(yùn)算電路 1）按圖11-3(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同上，將結(jié)果記入表11-2。 2）將圖11-3(a)改為11-3(b)電路重復(fù)內(nèi)容1)。表11-2 Ui=100mV（有效值），f=1000HzUi(V)U0(V)Ui波形U0波形Av 實(shí)測(cè)值計(jì)算值 3反相加法運(yùn)算電路 1）先把運(yùn)放調(diào)零，然后在此運(yùn)放處按圖11-2正確連接實(shí)驗(yàn)電路。 2）輸入信號(hào)采用直流信號(hào)源(參照附錄一附錄圖1-1插孔圖和采用連接方法1) ，圖11-7所示電路為簡(jiǎn)易直流信號(hào)源Ui1、Ui2： 圖11-7 簡(jiǎn)易可調(diào)直流信號(hào)源用萬(wàn)用表測(cè)量輸入電壓Ui1、Ui2(且要求均

6、大于零小于0.5V)及輸出電壓U0，記入表11-3。 表11-3Ui1(V)Ui2(V)U0(V) 4減法運(yùn)算電路 1）先把運(yùn)放調(diào)零，然后在此運(yùn)放處按圖11-4正確連接實(shí)驗(yàn)電路。 2）采用直流輸入信號(hào)，實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容3，記入表11-4。 表11-4Ui1(V)Ui2(V)U0(V) 5積分運(yùn)算電路1）先把運(yùn)放調(diào)零，然后在此運(yùn)放處按積分電路如圖11-5所示（5000P由0.01uF串連組成）正確連接。2）取頻率約為5KHz，峰峰值為20伏的方波（參照實(shí)驗(yàn)一內(nèi)容，跳線取PS2、PS4連接）作為輸入信號(hào)Ui，打開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，輸出端接示波器，可觀察到三角波波形輸出，若有很大的削底失真則增加Ui峰峰值；若

7、有很大的頂端失真則減小Ui峰峰值，調(diào)節(jié)一失真很小的三角波波形并記錄之。 6微分運(yùn)算電路1）先把運(yùn)放調(diào)零，然后在此運(yùn)放處微分電路如圖11-6所示（5000P由0.01uF串連組成）正確連接。2）取頻率約為5KHz，峰峰值為20伏的三角波（參照實(shí)驗(yàn)一內(nèi)容，跳線取PS2、PS5連接）作為輸入信號(hào)Ui，打開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，輸出端接示波器，可觀察到方波波形。 7對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 圖11-8對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 先把運(yùn)放調(diào)零，實(shí)驗(yàn)電路如圖11-8所示正確連接，D為普通二極管，取頻率為4001000Hz，峰峰值為500mV的三角波（參照實(shí)驗(yàn)一內(nèi)容，跳線取PS1、PS5連接）作為輸入信號(hào)Ui，打開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，輸入和輸出端接雙蹤示波器，調(diào)節(jié)三角波的幅度，觀察輸入和輸出波形如下所示： 8指數(shù)運(yùn)算電路 圖11-9指數(shù)運(yùn)算電路 先把運(yùn)放調(diào)零，實(shí)驗(yàn)電路如圖11-9所示正確連接，D為普通二極管，取頻率為6001000Hz，峰峰值為1V的三角波（參照實(shí)驗(yàn)一內(nèi)容，跳線取PS1、PS5連接）作為輸入信號(hào)Ui，打開(kāi)交流開(kāi)關(guān)，輸入和輸出端接雙蹤示波器，