集成運算放大器的基本應用

1、實驗名稱 集成運算放大器的基本應用一.實驗目的1. 掌握集成運算放大器的正確使用方法。2. 掌握用集成運算放大器構成各種基本運算電路的方法。3. 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.實驗元器件集成運算放大器 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工作原理。2. 寫出上述四種運算電路的vi、vo關系表達式。3. 實驗前計算好實驗內容中得有關理論值，以便與實驗測量結

2、果作比較。4. 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。1. 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 圖1其輸入電阻，圖中。由上式可知，改變電阻和的比值，就改變了運算放大器的閉環(huán)增益。在選擇電路參數(shù)是應考慮：根據(jù)增益，確定與的比值，因為 所以，在具體確定和的比值時應考慮；若太大，則亦大，這樣容易引起較大的失調溫漂；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。運算放大器同相輸入端外接電阻是直流補償

3、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，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。2. 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”，和均可通過、轉換成電流，實現(xiàn)代數(shù)相加，其輸出電壓 當時 為保證運算精度，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圍。 同理，圖中的。 圖2 3. 減法運算減法運算電路如圖3，當時，輸出電壓 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。 圖3 圖44.

4、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，且開路時，可人認為，其中 將代入，并設電容兩端初始電壓為零，則 當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。同時的加入將對電容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。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. 集成運算放大器LM324集成運算放大器LM324的

5、內部電路結構和引腳排列如圖7所示。五硬件實驗內容1.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。 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，調節(jié)產生 測量輸出電壓V電路如下圖 加減法運算電路3.反向比例積分電路 輸入，峰峰值為1V的正方波（調節(jié)offset使其為正方波） 用DC擋測試，畫出其波形，標出其幅值和周期 獲得如下波形六、實驗結果及分析1. 反相比例運算結果：波形圖分析：可明顯觀察到ch1與chi2反相，且有放大，實驗結果與理論結果相差較小，在誤差允許范圍之內。2. 反相比例

6、加減法vivoVo實測Vo理論值相對誤差Vi1=496mvVi2=336mv8.40v8.32v0.96%Vi1=496mvVi2=458mv9.609.540.63%結果：加法vivoVo實測Vo理論值相對誤差Vi1=496mvVi2=400mv0.97v0.96v1.0%Vi1=496mvVi2=360mv1.35v1.36v-0.74%結果：減法分析：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3.反向比例積分電路結果：波形圖分析：實驗結果有效七、思考題1. 在圖4.4.8所示反相比例加法運算電路中（開關S置A點）。R值應怎樣確定？若R1=R2=10k，R=5.1k，試問

7、：取R1=10k和R1=100k兩種情況下，哪一種運算精度高？為什么？對照實驗結果分析。答：，R1=100k精度高，因為當R1越小，信號的放大越明顯，則精度越高需要定量分析！結論不正確！。2. 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3. 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、 小結這次實驗是對我們動手能力的一次考驗，更是對我們關于運算放大器的知識的一次實踐，完成實驗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。在這次實驗過程中，我收集了一些常見的問題，小結如下：1. 實驗過程中有同學的正負電源接反，導致IC被燒壞，我在做實驗的過程中，電源線的不同端使用了不同顏色的導線以示區(qū)別。2. 有的同學波形不斷變換或者出現(xiàn)不了預期的波形，我認為可以按以下步驟檢驗：a.可以先按autoset，我認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的電位或者波形來分析。3. 很多同學得到了正確波形，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。可以將部分接地線更換位置，可以很有效的解決這個問題。4. 我做第三個實驗的時候，做了很久，實驗線路重新連了三四次才得出結果，問題有如下幾種：a