模擬運(yùn)算電路

1、模擬電子技術(shù)集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用（）模擬運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容包含：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)思考題、實(shí)驗(yàn)心得?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.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)用時應(yīng)考慮的一些問題?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1、12V直流電源；2、函數(shù)信號發(fā)生器；3、交流毫伏表；4、直流電壓表； 5、集成運(yùn)算放大器A7411片； 6、電阻器、電容器若干?！緦?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

2、電路時，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、積分、微分、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=輸入阻抗 =輸出阻抗=0 帶寬 =失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時的兩個重要特性;（1） 輸出電壓與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：=（）由于=，而為有限值，因此，0。即，稱為“虛短”。（2） 由于=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個輸入端的電流可視為零，即0，稱為“虛斷”。這說明運(yùn)放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運(yùn)

3、放電路的計算。2、基本運(yùn)算電路(1)反相比例運(yùn)算電路電路如圖7-1所示。對于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：=-為了減小輸入級偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2R1/RF。 (2)反相加法電路電路如圖7-2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：=-（） /圖7-1反相比例運(yùn)算電路 圖7-2反相加法運(yùn)算電路(3)同相比例運(yùn)算電路圖7-3(a)是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：=1+ /當(dāng)時，即得到如圖7-3(b)所示的電壓跟隨器。圖中，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般取10K，R太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。(a)同相比例運(yùn)算電路

4、(b)電壓跟隨器(4)差動放大電路（減法器）對于圖7-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)，時，有如下關(guān)系式：=（）(5)積分運(yùn)算電路反相積分電路如圖7-5所示。在理想化條件下，輸出電壓等于：(=-（t）= -圖7-4 減法運(yùn)算電路 圖7-5 積分運(yùn)算電路式中，是t0時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果（t）是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)0，則：（t）= -= -t即輸出電壓（t）隨時間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達(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)，將圖中K1閉合，即通過電阻的負(fù)反饋?zhàn)饔脦椭鷮?shí)現(xiàn)調(diào)

5、零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將K1打開，以免因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，同時可實(shí)現(xiàn)積分電容初始電壓0，另一方面，可控制積分起始點(diǎn)，即在加入信號后，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。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各管腳的位置；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。1. 反相比例運(yùn)算電路（1） 按圖7-1（a）連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12V電源，輸入端對地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。（2） 輸入f100Hz，0.5V的正弦交流信號，測量相應(yīng)的，并用示波器觀察和的相位關(guān)系，記入表7-1中。表7-1波形波形0.54.96實(shí)測值計算值誤差

6、9.9210-8%2. 同相比例運(yùn)算電路（1）按圖7-3(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，輸入f100Hz，0.5V的正弦交流信號，記入表7-2中（2）將圖7-3(a)中的R1斷開，得圖7-3(b)電路，重復(fù)內(nèi)容（1）。表7-2波形波形0.55.49實(shí)測值計算值誤差10.9811-2%0.50.511.0212%3. 反相加法運(yùn)算電路(1)按圖1（b）連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12V電源，輸入端、對地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。(2)輸入信號采用直流信號，圖7-6所示電路為簡易直流信號源,由實(shí)驗(yàn)者自行完成。實(shí)驗(yàn)時需選擇合適的直流信號幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測量輸入電壓、及輸出電

7、壓，記入表7-3中。表7-3/V0.50.50.30.10.1/V0.50.30.50.10.2/V-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30計算值-10-8-8-2-3誤差22%4%20%23%30%4. 減法運(yùn)算電路(1)按圖7-4連接實(shí)驗(yàn)電路并接通12V電源，輸入端、對地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。(2)采用直流輸入信號，實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3，記入表7-4中。表7-4/V0.50.50.30.10.1/V0.50.30.50.10.2/V0.01-1.972.040.041.04計算值0-2201誤差1%3%4%4%4%5. 積分運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)電路如圖7-5所示。(1) 打

8、開K1，閉合K2，對運(yùn)放輸出進(jìn)行調(diào)零。(2) 調(diào)零完成后，再打開K1，閉合K2，使0。(3) 預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓0.5V，接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開K2，然后用直流電壓表測量輸出電壓，每隔5秒讀一次，記入表7-5中，直到不繼續(xù)明顯增大為止?！緦?shí)驗(yàn)總結(jié)】1、 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。答：2、將理論計算結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。答：（1） 反相比例運(yùn)算電路實(shí)測值9.92計算值10（2） 同相比例運(yùn)算電路（1）實(shí)測值10.98計算值11（2）實(shí)測值1.02計算值1（3） 反相加法運(yùn)算電路/V實(shí)測值-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30計算值10-8

9、-8-2-3（4） 減法運(yùn)算電路/V實(shí)測值0.01-1.972.040.041.04計算值0-2201誤差分析：從表中數(shù)據(jù)對比可以看出，理論值和測量值存在一定的偏差，但是在可以接受的范圍內(nèi)。產(chǎn)生誤差的原因：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用了一定的時間，實(shí)驗(yàn)電路板的電阻的實(shí)際阻值和標(biāo)注的阻值存在誤差，電路中的其他元件老化等對電路也有一定的誤差；（2）測量時集成運(yùn)放等元器件一直處于工作狀態(tài)，長時間的工作也會對數(shù)據(jù)的測量產(chǎn)生一定的影響；（3）在用萬用表測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，首先萬用表本身存在誤差，其次在測量一些數(shù)據(jù)時，萬用表顯示的數(shù)值一直在跳動，難以穩(wěn)定，這也對數(shù)據(jù)的讀數(shù)造成一定的影響。2、分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問

10、題。答：現(xiàn)象：做第一個反相比例運(yùn)算電路的實(shí)驗(yàn)時，示波器上顯示的輸出電壓值為500mV，應(yīng)約為5V。分析：沒有注意到實(shí)驗(yàn)箱提供的100k電阻有誤，實(shí)驗(yàn)箱沒有提供相應(yīng)的100k電阻，實(shí)驗(yàn)前沒有足夠認(rèn)真檢查，誤接了10k，導(dǎo)致輸出電壓有誤，耽誤了時間，影響后面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。【思考題】（1）復(fù)習(xí)集成運(yùn)放線性應(yīng)用部分內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計算各電路輸出電壓的理論值。答：反相比例運(yùn)算電路：=-=5V；同相比例放大電路：=1+=5.5V反相加法運(yùn)算電路：=-（）/V0.50.50.30.10.1/V0.50.30.50.10.2計算值-10-8-8-2-3減法運(yùn)算電路：=（）/V0.50.50.30.10.1/V0.50.30.50.10.2計算值0-2201（2）在反相加法器中，如和均采用直流信號，并選定=-1V，當(dāng)考慮到運(yùn)算放大器最大輸出幅度（12V）時，則的大小不應(yīng)超過多少伏？答：由=-2，得=（-）/2,代入數(shù)據(jù)得max=6.5V，所以的大小不應(yīng)超過6.5伏。（3）在積分電路中，如，C=4.7F求時間常數(shù)。假設(shè)V,問要使輸出電壓達(dá)到5V，需多長時間（0