實(shí)驗(yàn)三集成運(yùn)算放大電路應(yīng)用

--#-實(shí)驗(yàn)三集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用(I)—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)考慮的一些問題。二、實(shí)驗(yàn)儀器與器件1、示波器； 2、毫伏表； 3、函數(shù)信號發(fā)生器 ；4、萬用表； 5、直流穩(wěn)壓電源； 6、集成運(yùn)算放大器 LM741；7、電阻器、電容器若干支。(或模盒MK-2、MK-9)三、實(shí)驗(yàn)原理集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、微分和對數(shù)等模擬運(yùn)算電路。1、理想運(yùn)算放大器特性在大多數(shù)情況下，將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，就是將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放：開環(huán)電壓增益 Avd=00輸入阻抗 Ri=00輸出阻抗 Ro=0帶寬 fBW=00失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：(1)輸出電壓Uo輸入電壓之間滿足關(guān)系式Uo=Avd(U+-U-)由于Aid=00，而Uo為有限值，因此，U+-U-Q0V。稱為虛短”。(2)由于Ri=8，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即Iib=0稱為“虛斷”。這說明運(yùn)放對其前級吸取電流極小。上述兩個(gè)特性是分析理想應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運(yùn)放電路的計(jì)算。1.基本運(yùn)算電路(1)反相比例運(yùn)算電路電路如圖3-1所示。對于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之

Rf 間的關(guān)系為Uo=->5,為了減小輸入級偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在Ri同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻 R2=Ri// RfRf100k+12VAOOUoAOOUoO 1 Ui10kR29.1kR29.1kI1 5|Rp10k-12V圖3-1反相比例運(yùn)算電路⑵反相加法電路

反相加法電路如圖3-2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系U0=-("Z-Ui1⑵反相加法電路

反相加法電路如圖3-2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系U0=-("Z-Ui1RRfR2Ui2)R3=R1〃R2〃Rf100k+12VO7100k+12VO7-—AOO3一+【1 5口4Rp10Ko-12VUoC圖3-2反相加法電路(3)同相比例運(yùn)算電路圖3W(a)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)/ Rf .系U0=(1 -)Ui R2=R//RfR1

Rf100k+12VO7R1—10kRf100k+12VO7R1—10kAooUooR20 1 ■Ui9.1k—+15Rp10k-12V(a)同相比例運(yùn)算電路Ri-oo時(shí)，Uo=ui,即得到如圖3W(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。Rf10k+12V

o7UiR20-(—10k+UiR20-(—10k+15Rp10kUoO-12V圖3-3(b)電壓跟隨器(4)差動放大電路(減法器)對于圖3Y所示減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1=R2,R3=Rf時(shí)，有如下關(guān)系式Rf100k+12V

o7Ui1OUi2R110kR210kAooUo-O234Ui1OUi2R110kR210kAooUo-O234R3100k-12V圖3汨減法運(yùn)算電路RfU0(Ui2-Ui1)R1(5)積分運(yùn)算電路Uo等于反相積分電路如圖Uo等于1tUo(t)=--0Ui(t)dtuc(0)RiC式中，Uc(o)是t=0時(shí)刻，電容C兩端的電壓值，即初始值。如果Ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)Uc(o)=0V,則JRiJRiCU°⑴=一？70Ht=RiC即輸出電壓Uo(t)隨時(shí)間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的Uo值所需的時(shí)間就越長。積分輸出電壓Uo所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。在進(jìn)行積分運(yùn)算之前，首先應(yīng)對運(yùn)放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將Ki閉合，即通過電阻Rf的負(fù)反饋?zhàn)饔脦椭鷮?shí)現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將Ki打開，以免因Rf的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)積分電容初始電壓Uc(o)=0V；另一方面，UiRiiMi0uFRfOXQUiRiiMi0uFRfOXQKi+i2VO△ooi00ki00kR3i00kRpi0k-i2V圖3^5積分運(yùn)算電路可控制積分起始點(diǎn)，即在加入信號Ui后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進(jìn)行積分運(yùn)算。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各引腳的位置，切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出短路，否則將會損壞集成塊。1、反相比例運(yùn)算電路(1)按圖3T連接實(shí)驗(yàn)電路，接通土12V電源，輸入端Ui對地短路,Ui/VUo/VAv實(shí)測值計(jì)算值即進(jìn)行調(diào)零和消振。(2)輸入頻率f=100Hz,Ui=0.5V的正弦交流信號，測量相應(yīng)的Uo，并用示波器觀察Uo和Ui的相位關(guān)系，將數(shù)據(jù)記錄表3-1中。2、同相比例運(yùn)算電路(1)按圖3W(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)馬^步驟同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1,輸入頻Ui/VUo/VAv實(shí)測值計(jì)算值率f=100Hz、Ui=0.5V的正弦交流信號，將測量結(jié)果記入表3W中(2)將圖3W(a)中的R1斷開，得圖3W(b)電路，重復(fù)內(nèi)容⑴3、反相加法運(yùn)算電路按圖3W連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端Un、Ui2對地短路,即進(jìn)行調(diào)零和消振。輸入信號采用直流信號，圖3-6所示電路為簡易直流信號源，由實(shí)驗(yàn)者自行完成。Rp11k-12V1.5k1.5k1.5kUi2Rp11koUi1II—11.5k圖3f簡易直流信號源實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意選擇合適的直流信號幅度以確保集成運(yùn)放在線性區(qū)用直流電壓表測量輸出電壓Uo,并記錄入表3-3中。表3WUii/VIlliUi2/VUo/V Illi~~4、減法運(yùn)算電路按圖3汨連接實(shí)驗(yàn)電品&并接通土12V電源，將輸入端Uii、Ui2對地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。采用直流輸入信號，實(shí)驗(yàn)步驟內(nèi)容3,將測量結(jié)果記入表3汨中。TOC\o"1-5"\h\zUii/V 1 ] 一Ui2/V— —Uo/V 11115.積分運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)電路如圖3七所示。打開K2,閉合Ki,對運(yùn)放輸出uo進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零完成后，再打開Ki,閉合K2,使uc(o)=0o預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui=0.5V,接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開K2