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文檔簡介

1、實(shí)驗(yàn)名稱 集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法。2. 掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種基本運(yùn)算電路的方法。3. 學(xué)習(xí)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(diǎn)掌握積分輸入,輸出波形的測量和描繪方法。二.實(shí)驗(yàn)元器件集成運(yùn)算放大器 LM324 1片電位器 1k 1只電阻 100k 2只;10k 3只;5.1k 1只;9k 1只電容 0.01f 1只三、預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)由運(yùn)算放大器組成的反相比例、反相加法、減法、比例積分運(yùn)算電路的工作原理。2. 寫出上述四種運(yùn)算電路的vi、vo關(guān)系表達(dá)式。3. 實(shí)驗(yàn)前計算好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中得有關(guān)理論值,以便與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)

2、果作比較。4. 自擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。四.實(shí)驗(yàn)原理及參考電路 本實(shí)驗(yàn)采用LM324集成運(yùn)算放大器和外接電阻、電容等構(gòu)成基本運(yùn)算電路。1. 反向比例運(yùn)算 反向比例運(yùn)算電路如圖1所示,設(shè)組件LM324為理想器件,則 圖1其輸入電阻,圖中。由上式可知,改變電阻和的比值,就改變了運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益。在選擇電路參數(shù)是應(yīng)考慮:根據(jù)增益,確定與的比值,因?yàn)?所以,在具體確定和的比值時應(yīng)考慮;若太大,則亦大,這樣容易引起較大的失調(diào)溫漂;若太小,則亦小,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)先確定,再求。運(yùn)算放大器同相輸入端外接電阻是直流補(bǔ)償

3、電阻,可減小運(yùn)算放大器偏執(zhí)電流產(chǎn)生的不良影響,一般取,由于反向比例運(yùn)算電路屬于電壓并聯(lián)負(fù)反饋,其輸入、輸出阻抗均較低。 本次試驗(yàn)中所選用電阻在電路圖中已給出。2. 反向比例加法運(yùn)算 反向比例加法運(yùn)算電路如圖2所示,當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)增益足夠大時,其輸入端為“虛地”,和均可通過、轉(zhuǎn)換成電流,實(shí)現(xiàn)代數(shù)相加,其輸出電壓 當(dāng)時 為保證運(yùn)算精度,除盡量選用精度高的集成運(yùn)算放大器外,還應(yīng)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(yùn)算電路的選取范圍。 同理,圖中的。 圖2 3. 減法運(yùn)算減法運(yùn)算電路如圖3,當(dāng)時,輸出電壓 在電阻值嚴(yán)格匹配情況下,本電路具有較高的共模抑制能力。 圖3 圖44.

4、積分運(yùn)算電路如圖4,當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)電壓增益足夠大,且開路時,可人認(rèn)為,其中 將代入,并設(shè)電容兩端初始電壓為零,則 當(dāng)輸入信號為幅度的直流電壓時, 此時輸出電壓的波形是隨時間線性下降的,如圖5。當(dāng)輸入信號為正方波時,輸出電壓的穩(wěn)態(tài)波形如圖6所示。 實(shí)際電路中,通常在積分電容兩端并聯(lián)反饋電阻,用于直流負(fù)反饋,其目的是減小集成運(yùn)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。同時的加入將對電容C產(chǎn)生分流作用,從而導(dǎo)致積分誤差。為克服誤差,一般需滿足。C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。5. 集成運(yùn)算放大器LM324集成運(yùn)算放大器LM324的

5、內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖7所示。五硬件實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.反相比例運(yùn)算 設(shè)計并安裝反向比例運(yùn)算電路,要求輸入阻抗。 在該放大器輸入端加入的正弦電壓,峰峰值500mv,測量放大器的輸出電壓,電壓增益。2.反相比例加減法 輸入1kHz正弦波,峰峰值為500mv,調(diào)節(jié)產(chǎn)生 測量輸出電壓V電路如下圖 加減法運(yùn)算電路3.反向比例積分電路 輸入,峰峰值為1V的正方波(調(diào)節(jié)offset使其為正方波) 用DC擋測試,畫出其波形,標(biāo)出其幅值和周期 獲得如下波形六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1. 反相比例運(yùn)算結(jié)果:波形圖分析:可明顯觀察到ch1與chi2反相,且有放大,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相差較小,在誤差允許范圍之內(nèi)。2. 反相比例

6、加減法vivoVo實(shí)測Vo理論值相對誤差Vi1=496mvVi2=336mv8.40v8.32v0.96%Vi1=496mvVi2=458mv9.609.540.63%結(jié)果:加法vivoVo實(shí)測Vo理論值相對誤差Vi1=496mvVi2=400mv0.97v0.96v1.0%Vi1=496mvVi2=360mv1.35v1.36v-0.74%結(jié)果:減法分析:由結(jié)果計算出相對誤差,實(shí)驗(yàn)結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效3.反向比例積分電路結(jié)果:波形圖分析:實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效七、思考題1. 在圖4.4.8所示反相比例加法運(yùn)算電路中(開關(guān)S置A點(diǎn))。R值應(yīng)怎樣確定?若R1=R2=10k,R=5.1k,試問

7、:取R1=10k和R1=100k兩種情況下,哪一種運(yùn)算精度高?為什么?對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。答:,R1=100k精度高,因?yàn)楫?dāng)R1越小,信號的放大越明顯,則精度越高需要定量分析!結(jié)論不正確!。2. 若輸入信號與放大器的同相端相連,當(dāng)信號正向增大時,運(yùn)算放大器的輸出時正還是負(fù)?答:因?yàn)榉糯笃魍喽伺c輸出端同相,所以輸出應(yīng)為正3. 若輸入信號與放大器的同相端相連,當(dāng)信號反向增大時,運(yùn)算放大器的輸出時正還是負(fù)?答:放大器反相端與輸出端反相,當(dāng)信號負(fù)向增大,輸出應(yīng)為正八、 小結(jié)這次實(shí)驗(yàn)是對我們動手能力的一次考驗(yàn),更是對我們關(guān)于運(yùn)算放大器的知識的一次實(shí)踐,完成實(shí)驗(yàn)需要對各個原理掌握清楚,對接線有清晰的思路,

8、更要對儀器熟練的使用。在這次實(shí)驗(yàn)過程中,我收集了一些常見的問題,小結(jié)如下:1. 實(shí)驗(yàn)過程中有同學(xué)的正負(fù)電源接反,導(dǎo)致IC被燒壞,我在做實(shí)驗(yàn)的過程中,電源線的不同端使用了不同顏色的導(dǎo)線以示區(qū)別。2. 有的同學(xué)波形不斷變換或者出現(xiàn)不了預(yù)期的波形,我認(rèn)為可以按以下步驟檢驗(yàn):a.可以先按autoset,我認(rèn)為這個按鈕十分有效,有時候在電路接線有改動時,可能示波器的波形沒有明顯變化,此時按autoset很有效,b.檢查電路以后發(fā)現(xiàn)仍然有問題,可以測試一些特殊點(diǎn)的電位或者波形來分析。3. 很多同學(xué)得到了正確波形,卻同時發(fā)現(xiàn)波形比較不“美觀”,“毛糙”,這個一般是接地線沒有接好的原因??梢詫⒉糠纸拥鼐€更換位置,可以很有效的解決這個問題。4. 我做第三個實(shí)驗(yàn)的時候,做了很久,實(shí)驗(yàn)線路重新連了三四次才得出結(jié)果,問題有如下幾種:a

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