集成運(yùn)算放大器基本應(yīng)用模電指導(dǎo)書

1、 實(shí)驗(yàn)六集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用實(shí)驗(yàn)六集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用 模擬運(yùn)算電路模擬運(yùn)算電路 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、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)原理二、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、積 分、微分、對數(shù)等模擬運(yùn)算電路。 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

2、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aud= 輸入阻抗ri= 輸出阻抗ro=0 帶寬 fbw= 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與輸入電壓之間滿足關(guān)系式 uoaud（u+u） 由于aud=，而uo為有限值，因此，u+u0。 即u+u，稱為“虛短”。 （2）由于ri=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電 流可視為零，即iib0，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)特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本 原則，可簡化運(yùn)放電路的計(jì)算。 基本運(yùn)算電路 1) 反相比例運(yùn)算電路 電路如圖81所示。對于理想運(yùn)放， 該電路的 輸出電壓與輸入電壓

3、之間的關(guān)系為 f oi 1 r uu r 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。 圖81 反相比例運(yùn)算電路 圖82 反相加法運(yùn)算電路 2)反相加法電路 電路如圖82所示，輸出電壓與輸入電壓 之間的關(guān)系為 )u r r u r r (u i2 2 f i1 1 f o r3r1 / r2 / rf 3) 同相比例運(yùn)算電路 圖83(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 i 1 f o )u r r (1u r2r1 / rf 當(dāng)r1時(shí)，uoui，即得到如圖83(b)所示的電 壓跟隨器。圖中r2rf，用以減小漂移和起保護(hù)作用。

4、一般rf取10k， rf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 (b) 電壓跟隨器 圖8-3 同相比例運(yùn)算電路 4) 差動(dòng)放大電路（減法器） 對于圖8-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)r1r2，r3 rf時(shí)， 有如下關(guān)系式 )u(u r r u i1i2 1 f o 圖84 減法運(yùn)算電路圖 8-5 積分運(yùn)算電路 5) 積分運(yùn)算電路 反相積分電路如圖85所示。在理想化條件下， 輸出電壓uo等于 t ooic 1 1 u (t)u dtu (o) r c 式中uc(o)是t0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)0，則 t oo

5、11 1e u (t)edt-t r cr c 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r2的負(fù)反饋?zhàn)饔脦椭?實(shí)現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將k1打開，以免因r2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)0，另一 方面，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。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)

6、備與器件三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 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 電阻器、電容器若干。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、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(huì)損壞集成塊。 1、反相比例運(yùn)算電路 1) 按圖81連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12v電源，輸 入端對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。 2) 輸入f1000hz，ui0.5v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，記 入表8-1。 表8-1ui0.5v，f1000hz ui（v）u0（v）ui波形uo波形av 實(shí)測值計(jì)算 值 2、同

7、相比例運(yùn)算電路 1) 按圖83(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容1， 將結(jié)果記入表82。 2) 將圖83(a)中的r1斷開，得圖83(b)電路重 復(fù)內(nèi)容1)。 表82ui0.5vf1000hz ui（v） uo(v)ui波形uo波形av 實(shí)測值計(jì)算 值 3、 反相加法運(yùn)算電路 按圖82連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)零和消振。 2) 輸入信號采用直流信號，圖86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(shí)要注 意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ui1、ui2及 輸出電壓uo，記入表83。 圖86 簡易可調(diào)直流信號源 ui1(v)-1v-3v ui2(v)02

8、v ui3(v)2v0 表8-3 反向加法運(yùn)算 4、減法運(yùn)算電路 1) 按圖84連接實(shí)驗(yàn)電路。調(diào)零和消振。 2) 采用直流輸入信號，實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容3，記入表8 4。 表84 ui1(v) ui2(v) uo(v) 5、積分運(yùn)算電路 實(shí)驗(yàn)電路如圖85所示。 1)打開k2，閉合k1，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uc(o) 0。 3)預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓ui0.5v，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uo， 每隔5秒讀一次uo，記入表8-5，直到uo不繼續(xù)明 顯增大為止。 表85 t(s)051015202530 u0(v) 五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)五、實(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）。 2、 將理論計(jì)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。 3、 分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。 六、預(yù)習(xí)要求六、預(yù)習(xí)要求 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(jì)算各電路輸出電壓的理論值。 2、 在反相加法器中，如ui1 和ui2 均采用直流 信號，并選定ui21v，當(dāng)