華中科技大學電子線路實驗報告集成運算放大器的基本應用

1、 # 華中科技大學電子劈設計、測試與實驗實驗報告集成運算放大器的基本應用實驗名稱:院（系）:專業(yè)班級:姓名：學號：時間：地點：實驗成績:指導教師:2013年5月7日一實驗目的掌握集成運算放大器的正確使用方法。掌握用集成運算放大器構成各種基本運算電路的方法。學習正確使用示波器交流輸入方式和直流輸入方式觀察波形的方法，重點掌握積分輸入,輸出波形的測量和描繪方法。二.實驗元器件類型型號（參數(shù)）數(shù)量集成運算放大器LM3241片電位器1kQ1只電阻100k02只；10kQ3只；5.1k01只；9kQ1只電容0.01Uf1只三、預習要求1.復習由運算放大器組成的反相比例、反相加法、減法、比例積分運算電路的

2、工作原理。2寫出上述四種運算電路的vi、vo關系表達式。實驗荊計算好實驗內容中得有關理論值，以便與實驗測量結果作比較。自擬實驗數(shù)據(jù)表格。四實驗原理及參考電路本實驗采用LM324集成運算放大器和外接電阻、電容等構成基本運算電路。反向比例運算反向比例運算電路如圖1所示，設組件LM324為理想器件，則Rf圖1反向比例運算電路原理圖其輸入電阻RifR,圖中Rf=RfIIRio由上式可知，改變電阻用和丘的比值，就改變了運算放大器的閉環(huán)增益Ay。在選擇電路參數(shù)是應考慮：根據(jù)增益，確定皿與76的比值，因為 所以，在具體確定心和/?i的比值時應考慮；若用太大，則丘亦大，這樣容易引起較大的失調溫漂；若心太小，則

3、Ri亦小，輸入電阻也小，可能滿足不了高輸入阻抗的要求，故一般取&為幾十千歐至幾百千歐。若對放大器輸入電阻有要求，則可根據(jù)Ri=R先確定Ri,再求用。運算放大器同相輸入端外接電阻/?是直流補償電阻，可減小運算放大器偏執(zhí)電流產生的不良影響，一般取R=RJR,由于反向比例運算電路屬于電壓并聯(lián)負反饋，其輸入、輸出阻抗均較低。本次試驗中所選用電阻在電路圖中已給出。反向比例加法運算反向比例加法運算電路如圖2所示，當運算放大器開環(huán)增益足夠大時，其輸入端為“虛地”,山1和山2均可通過/?1、/?2轉換成電流，實現(xiàn)代數(shù)相加，其輸出電壓竹“色嗆IR1/?2當Ri=R2=R時Vo=-（V11+V12）R為保證運算精

4、度，除盡量選用精度高的集成運算放大器外，還應精心挑選精度高、穩(wěn)定性好的電阻。/?/與R的取值范圍可參照反比例運算電路的選取范囤。同理，圖中的Rr=Rj/Ri/?2oRf圖2反向比例加法運算電路原理反向比例減法運算減法運算電路如圖3.當Ri=R?,R=&時,輸出電壓Vo=(V12-V11)R在電阻值嚴格匹配情況下，本電路具有較高的共模抑制能力。Rf # #圖3反向比例減法運算電路原理反向比例積分運算電路 #如圖4,當運算放大器開環(huán)電壓增益足夠大，且尺開路時，可人認為IR=ic,其中VI11=Ri 將i心ic代入,并設電容兩端初始電壓為零.則當輸入信號“(/)為幅度Vi的直流電壓時,此時輸出電壓(

5、/)的波形是隨時間線性下降的，如圖5。當輸入信號刃(/)為正方波時，輸出電壓Vo(t)的穩(wěn)態(tài)波形如圖6所示。實際電路中，通常在積分電容兩端并聯(lián)反饋電阻用，用于直流負反饋，其目的是減小集成運算放大器輸出端的電流漂移，其阻值必須取得大些，否則電路將變成一階低通濾波器。同時用的如入將對電容C產生分流作用，從而導致積分誤差。為克服誤差，一般需滿足RjCRiCoC太小.會加劇積分漂移，但C增大，電容漏電流也會隨之加大。通常取集成運算放大器LM324的內部電路結構和引腳排列如圖7所示。硬件實驗內容反相比例運算設計并安裝反向比例運算電路，要求輸入阻抗R=10RG。在該放大器輸入端加入f=1kHz的正弦電壓，

6、峰峰值500mv,測量放大器的輸出電壓，電壓增益。反相比例加減法輸入1kHz正弦波，峰峰值為500mv,調節(jié)凡產生Vi2Pp500mv測量輸出電壓V電路如下圖R1lkRfRpIk # 加減法運算電路反向比例積分電路輸入f=500Hz9峰峰值為1V的正方波（調節(jié)offset使其為正方波）用DC擋測試匕，畫出其波形，標出其幅值和周期獲得如下波形實驗結果及分析1-反相比例運算VoV。實測值V。理論值相對誤差Vx=608mV6.32V6.08V3.9%Vi=704mV7.28V7.04V3.4%實驗結果分析結論:由結果計算出相對誤差，實驗結果在誤差允許范國內，實驗結果有效反向比例積分電路實驗結果分析結

7、論：方波上升與下降沿未明顯顯示出來，但不影響實驗結果，實驗結果有效3、反相比例加法運算VoV。實測值V。理論值相對誤差Vii=480mVVi2=300mV8.00V7.80V2.6%Vii=480mVVi2=400mV8.80V8.80V0.0%實驗結果分析結論:由結果計算出相對誤差，實驗結果在誤差允許范圍內，實驗結果有效4、反相比例減法運算VoV。實測值V。理論值相對誤差Vii=960mVVi2=700mV2.40V2.60V7.7%Vii=960mVVx2=600mV3.54V3.60V1.7%實驗結果分析結論:由結果計算出相對誤差，實驗結果在誤差允許范圍內，實驗結果有效七、思考題在反相比

8、例加法運算電路中（開關S置A點）。R值應怎樣確定？若R1=R2=10kO,R=5.1kQ,試問：取R1=10kQ和RWIOOkQ兩種情況下，哪一種運算精度高？為什么？對照實驗結果分析。答：R=RfRMR2,Ri=l00kQ度高，因為當R1越小，信號的放大越明顯，則精度越高。若輸入信號與放大器的同相端相連，當信號正向增大時，運算放大器的輸出時正還是負？答：因為放大器同相端與輸出端同相，所以輸出應為正若輸入信號與放大器的同相端相連，當信號反向增大時，運算放大器的輸出時正還是負？答：放大器反相端與輸出端反相，當信號負向增大，輸出應為正八、小結本次實驗相比于前幾次實驗而言，相對簡單，因而做的也較快。唯一容易出錯的地方在于實驗電路需要更換，因而換電路時，要特別注意電阻的阻值，最好用萬用表量一下在接入電路。本實驗應用到了集成運算放大器，這是以前的實驗沒有接觸到的，本實驗了解到了集成運放的連接方式，因而也有一些收獲。實驗中出