《電工電子基本技能操作項目教程》課件項目二十

項目二十集成運算放大電路能力目標1．正確連接電路；2．正確連接正負電源，正確選擇公共“地”；3．學(xué)會電路電壓放大倍數(shù)的測量；4．對電子電路有了更為清晰的認識。知識目標1．知道反相比例運算放大器的電壓放大倍數(shù)；2．知道相同比例運算放大器的電壓放大倍數(shù)；3．知道用運算放大器構(gòu)成的加法器、減法器；4．理解虛短、虛斷的概念。集成運算放大電路項目內(nèi)容與原理運算放大器是輸入電阻很高、輸出電阻很小，具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大器。其輸入端接入微弱信號，輸出端即可飽和，所以接成運算電路時必須引入較深的負反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。運算放大器在工業(yè)自動化、測量儀表及電子技術(shù)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。通過改變反饋電路和輸入電路的形式和參數(shù)，可實現(xiàn)信號的多種組合運算。集成運算放大電路一、反相比例運算放大電路

1、電壓放大倍數(shù)如圖20-1所示，信號從反相端輸入則為反相比例運算放大電路，該電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為

圖20-1中，R2為平衡電阻，且R2?=?R1∥Rf，Rf為負反饋電阻。由上式可知，運算放大器的放大倍數(shù)只取決于R1與Rf的比值，與運算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，只要R1與Rf的阻值足夠精確，即可保證運算放大器的運算精度。式中負號代表輸入、輸出電壓相位相反。集成運算放大電路集成運算放大電路圖20-1反相比例運算放大電路2、“虛短”與“虛斷”運算放大器工作在線性放大區(qū)時，由于理想運算放大器的輸入電阻趨近于無窮大，故可認為兩個輸入端的輸入電流為零，為“虛斷”，有i+

≈

i-?=?0由于開環(huán)放大倍數(shù)趨近于無窮大，而輸入電壓是一個有限的數(shù)值，故可認為輸入電壓為零，為“虛短”，有u+

≈

u-?=?0在反相輸入時，由于同相端接“地”，因此說反相輸入端的電位接近于“地”電位，它是一個不接“地”的“地”電位端，稱為“虛地”。理想運算放大器的輸入電阻趨近于無窮大與開環(huán)放大倍數(shù)趨近于無窮大是運算放大電路工作在線性放大區(qū)的分析依據(jù)。

注意：當集成運算放大器工作于飽和區(qū)時，i+

≈

i-?=?0依然成立，但u+

≈

u-

不再成立。集成運算放大電路集成運算放大電路二、同相比例運算放大電路如圖20-2所示，信號從同相端輸入，即為同相比例運算放大電路。該電路的輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為

圖2中，R2為平衡電阻，且R2?=?R1∥Rf，Rf為負反饋電阻。三、反相加法運算電路圖20-3為反相加法運算電路，該電路的輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為圖中的RW為RW?=?R11∥R12∥Rf集成運算放大電路圖20-2同相比例運算放大電路集成運算放大電路圖20-3反向加法運算電路項目訓(xùn)練準備(1)運算放大器358一塊；(2)雙路直流穩(wěn)壓電源一臺；(3)萬用表一塊；(4)示波器一臺；(5)交流毫伏表一臺；(6)通用實驗臺一臺；(7)實驗電路圖所示元件一套；(8)導(dǎo)線若干。集成運算放大電路項目操作與測量(一)反相比例運算放大電路(1)按圖20-1連線，使電路成為一個反相比例運算電路(Rf?=?100?kW，R1?=?R2?=?10?kW)。(2)調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源。本集成電路由雙路穩(wěn)壓電源供電。先將穩(wěn)壓電源的兩組輸出電壓都調(diào)到12V(不能超過此值，以免損壞組件)，然后關(guān)掉穩(wěn)壓電源。將一組電源的正極與實驗板上的“+12V”接線柱相連，另一組電源的負極與實驗板上的“-12V”接線柱相連，前一組電源的負極與后一組電源的正極都同實驗板上的“地”相連。只有在連接好電源后再打開電源開關(guān)，才能保證電路板上同時接上

12V電壓。集成運算放大電路集成運算放大電路(3)將函數(shù)信號發(fā)生器正弦波頻率調(diào)到1?kHz，信號幅度按表20-1中改變，用示波器觀察輸入和輸出波形。(4)用交流毫伏表測出輸入/輸出端電壓幅度，測出同相輸入與反相輸入端電壓，填入表20-1中。(5)用交流毫安表測量同相輸入與反相輸入端電流，填入表20-1中。(6)計算Au值，填入表20-1中。集成運算放大電路(二)同相比例運算放大電路(1)按圖20-2連線，使電路成為一個同相比例運算電路(Rf?=?100?kW，R1?=?R2?=?10?kW)。(2)用示波器觀察輸入和輸出波形。(3)重復(fù)反相比例運算放大器的實驗步驟，按表20-1改變Ui值，測量相應(yīng)的Uo值，計算Au，并填入表20-1中。集成運算放大電路反相比例運算Ui/mV1020304050Uo/V

Au

U+

U-

I+

I-

同相比例運算Ui/mV1020304050Uo/V

Au

U+

U-

I+

I-

表20-1集成運算放大電路(三)反相加法運算電路(1)按圖20-3連線，使之成為反相加法運算電路(RW?=?6.8?kW)。(2)用示波器觀察輸入和輸出波形。(3)按表20-2調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)，并測量Uo，并記錄于表20-2中。

電

壓

Ui1/mVUi2/mVUo/V加法運算R1?=?Rf=10?k

R2?=?20k

3030

R1?=10?k

Rf?=?R2?=?20?k

3030

表20-2集成運算放大電路(四)異動情況觀察與測量(1)按圖20-1連接電路。(2)將函數(shù)信號發(fā)生器的正弦波頻率調(diào)到1kHz，電壓幅度調(diào)到10mV，送入反相比例運算放大器進行放大。(3)按表20-3改變電路中元件參數(shù)，測量輸入/輸出電壓幅度，并觀察波形，記于表中。元件參數(shù)輸入電壓輸出電壓輸出波形備

注Rf開路

Rf?=?R1?=?10?kW

R2開路

表20-3集成運算放大電路(五)操作注意事項(1)?±12?V電源不能接錯，且不能調(diào)過高，以免損壞集成塊。(2)在每次改接電路時都必須關(guān)掉穩(wěn)壓電源。(3)撥、插集成運算元件應(yīng)垂直用力，小心謹慎，以免損壞元件。(4)萬用表只用來校正?±12V直流電源，不能用來測量信號輸入/輸出大小。信號輸入、輸出大小由交流毫伏表進