集成運放組成的基本運算電路

集成運放組成的基本運算電路第1頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四一、實驗?zāi)康难芯考蛇\放組成的比例、加法和積分等基本運算電路的功能；了解集成運算放大器在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些問題；理解在放大電路中引入負反饋的方法和負反饋對放大電路各項性能指標的影響；了解集成運算放大電路的三種輸入方式。第2頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（μA741引腳）集成運算放大電路（簡稱集成運放）是一種高增益的直流放大器，它有二個輸入端。根據(jù)輸入電路的不同，有同相輸入、反相輸入和差動輸入三種方式。在實際運用中都必須用外接負反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)，用以實現(xiàn)各種模擬運算。第3頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（工作電源）-15V

0V+15V第4頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（測量線）同軸連接器信號參考屏蔽線信號輸入第5頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（μA741引腳）正電源負電源同相輸入反相輸入輸出調(diào)零端調(diào)零端懸空第6頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（μA741主要參數(shù)）詳細參數(shù)請下載參閱（UA741技術(shù)資料.PDF文件）第7頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四二、相關(guān)知識（元件清單）代號名稱規(guī)格數(shù)量代號名稱規(guī)格數(shù)量1.反相加法運算電路3.方波轉(zhuǎn)換成三角波電路R1R2電阻器10K2R1R’電阻器10K2RF電阻器100K1R2電阻器100K1R’電阻器6K21C電容器1μ12.減法器（差分放大電路）運算電路

R1R2電阻器10K2

RFR3電阻器100K2

第8頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗內(nèi)容實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算。實現(xiàn)同相比例運算。用減法器實現(xiàn)兩信號的減法運算。實現(xiàn)積分運算。用積分電路將方波轉(zhuǎn)換為三角波。第9頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算電路如下所示，通過該電路可實現(xiàn)信號υS1和υS2的反相加法運算，并且為了消除平均偏置電流及其漂移造成運算誤差，須在同相端接入平衡電阻R’，其值應(yīng)與反相端的外接等效電阻相等，即要求R’=Rl//R2//RF。

實驗時應(yīng)注意：

為提高運算精度，首先應(yīng)對輸出直流電位進行測試，即保證零輸入時為零輸出。被加輸入信號可以為直流，也可以選用正弦，方波或三角波信號。但在選取信號的頻率和幅度時，應(yīng)考慮運放的頻響和輸出幅度的限制。為防止出現(xiàn)自激振蕩，應(yīng)用示波器監(jiān)視輸出電壓波形。第10頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算反相加法運算電路A－＋R1R210K10K100KR′6.2K+15V-15VυS2RFυS1υO(shè)第11頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算反相加法運算仿真電路第12頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算反相加法運算仿真電路第13頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四1.實現(xiàn)兩個信號的反相加法運算輸入信號vs1輸入信號vs2輸出電壓vo(V)(V)(V)有效值波形有效值波形有效值峰值波形將實驗數(shù)據(jù)及波形填入下述表格中：注：上表針對正弦波輸入，若是其他信號輸入表作相應(yīng)改變。第14頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.實現(xiàn)同相比例運算電路同反相加法運算電路（上圖），其特點是輸入電阻比較大，電阻R’的接入同樣是為了消除平均偏置電流的影響，故要求R’=R1//RF。

實驗注意事項同反相加法運算實驗。電壓傳輸特性：即輸入輸出成比例關(guān)系。但輸出信號的大小受放大電路的最大輸出幅度的限制，因此輸入輸出只在一定范圍內(nèi)是保持線性關(guān)系的。表征輸入輸出的關(guān)系曲線即

Vo=f(Vs)稱為電壓傳輸特性，可用示波器加以觀察。第15頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.實現(xiàn)同相比例運算同相比例運算電路A－＋R110K10K100KR′+15V-15VvOυSRF第16頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四2.實現(xiàn)同相比例運算輸入信號vs1輸入信號vs2輸出電壓vo(V)(V)(V)有效值波形有效值波形有效值峰值波形將實驗數(shù)據(jù)及波形填入下述表格中：注：上表針對正弦波輸入，若是其他信號輸入表作相應(yīng)改變。第17頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四3.減法器（差分放大電路）下圖所示電路為減法器電路，為了消除輸入偏置電流以及輸入共模成分的影響，要求R1=R2、RF=R3。實驗注意事項同反相加法運算實驗。A－＋R110K10K100KR2+15V-15VvOvS2RFvS1R3100K減法器（差分放大電路）運算電路第18頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四3.減法器（差分放大電路）減法器（差分放大電路）運算仿真電路第19頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四3.減法器（差分放大電路）減法器（差分放大電路）運算仿真電路第20頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四3.減法器（差分放大電路）輸入信號vs1輸入信號vs2輸出電壓vo(V)(V)(V)有效值波形有效值波形有效值峰值波形將實驗數(shù)據(jù)及波形填入下述表格中：注：上表針對正弦波輸入，若是其他信號輸入表作相應(yīng)改變。第21頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四4.積分運算電路積分電路如下圖所示，在進行積分運算之前，將圖中K1閉合，通過電阻R2的負反饋作用，進行運放零輸出檢查，在完成零輸出檢查后，須將K1打開，以免因R2的接入而造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，將其閉合即可實現(xiàn)積分電容初始電壓Vc（0）=0。另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號Vs后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算。第22頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四4.積分運算電路為方便起見，可通過示波器直接觀察隨時間的變化軌跡。具體做法是先將光點移至屏幕左上角作為坐標原點，Ｙ軸輸入耦合選用“ＤC”，掃速開關(guān)和Y軸靈敏度開關(guān)均置于適當位置，觸發(fā)方式采用“NORM”。此時若將K2打開，即可看到光點隨時間的移動軌跡。由此可分析vO與時間t的關(guān)系。第23頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四4.積分運算電路積分運算電路A－＋R1100KR21MR′100K+15V-15VvOvSK2K11μFC第24頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四4.積分運算電路將實驗數(shù)據(jù)及波形填入下述表格中：vs波形vs幅度值vo波形vo頻率vo幅度值第25頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波電路如下圖所示。圖中電阻R2的接入是為了抑制由IIO、VIO所造成的積分漂移，從而穩(wěn)定運放的輸出零點。在t<<τ2（τ2=R2C）的條件下，若vS為常數(shù)，則vO與t將近似成線性關(guān)系。因此，當vS為方波信號并滿足Tp<<τ2時（Tp為方波半個周期時間），則vO將轉(zhuǎn)變?yōu)槿遣?，且方波的周期愈小，三角波的線性愈好，但三角波的幅度將隨之減小。第26頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波A－＋R110KR2100KR′10K+15V-15VvOvS1μFC=R1//R2方波轉(zhuǎn)換成三角波電路第27頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波方波轉(zhuǎn)換成三角波仿真電路第28頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波脈沖源模型參數(shù)第29頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波方波轉(zhuǎn)換成三角波仿真電路第30頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四5.用積分電路轉(zhuǎn)換方波為三角波將實驗數(shù)據(jù)及波形填入下述表格中：vs波形vs幅度值vo波形vo頻率vo幅度值第31頁，共33頁，2023年，2月20日，星期四五、思考題什么是集成運算放