模擬運算電路

1、模擬電子技術(shù)集成運算放大器的基本應(yīng)用（）模擬運算電路實驗報告內(nèi)容包含：實驗?zāi)康?、實驗儀器、實驗原理，實驗內(nèi)容、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計算等）、實驗結(jié)果分析、實驗思考題、實驗心得?！緦嶒?zāi)康摹?. 研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。 2. 了解運算放大器在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些問題。【實驗儀器】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、集成運算放大器A741×1片； 6、電阻器、電容器若干。【實驗原理】集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級

2、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，可以靈活地實現(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)等模擬運算電路。1、理想運算放大器特性 在大多數(shù)情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術(shù)指標(biāo)理想化。滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放：開環(huán)電壓增益 AVd= 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：Uo=AVd（U+-U-

3、）由于AVd=，而為有限值，因此，U+-U-0。即U+U-，稱為“虛短”。（2） 由于Ri=，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即IiB0，稱為“虛斷”。這說明運放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。2、基本運算電路 (1) 反相比例運算電路 電路如圖7-1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：uo=-RfR1ui為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，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

4、間的關(guān)系為： uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2） R3R1/R2/Rf圖7-1反相比例運算電路 圖7-2反相加法運算電路 (3) 同相比例運算電路 圖7-3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為： uo=(1+RfR1)ui R2R1/Rf當(dāng)R1時，uoui，即得到如圖7-3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2Rf，用以減小漂移和起保護作用。一般Rf取10K，R太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。  (a) 同相比例運算電路     &#

5、160;   (b) 電壓跟隨器  (4) 差動放大電路（減法器） 對于圖7-4所示的減法運算電路，當(dāng)R1R2，R3Rf時， 有如下關(guān)系式： uo=RfR1（ui2-ui1）(5) 積分運算電路 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： (=-uo（t）= -1R1C0tuidt+uc（o）圖7-4 減法運算電路 圖7-5 積分運算電路式中，uc（o）是t0時刻電容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（

6、o）0，則：uo（t）= -1R1C0tEdt = -ER1Ct即輸出電壓uo（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uo值所需的時間就越長。積分輸出電壓uo所能達(dá)到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限值。 在進行積分運算之前，首先應(yīng)對運放調(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)反饋作用幫助實現(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，同時可實現(xiàn)積分電容初始電壓uc（o）0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號ui后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算?！緦嶒瀮?nèi)

7、容】實驗前要看清運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. 反相比例運算電路（1） 按圖7-1（a）連接實驗電路，接通±12V電源，輸入端對地短路，即進行調(diào)零和消振。（2） 輸入f100Hz，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7-1中。表7-1ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.54.96實測值計算值誤差9.9210-8%2. 同相比例運算電路（1）按圖7-3(a)連接實驗電路。實驗步驟同實驗內(nèi)容1，輸入f100Hz，ui0.5V的正弦交流信號，記入表7-2中（2）將圖7-3(

8、a)中的R1斷開，得圖7-3(b)電路，重復(fù)內(nèi)容（1）。表7-2ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.55.49實測值計算值誤差10.9811-2%0.50.511.0212%3. 反相加法運算電路 (1) 按圖1（b）連接實驗電路，接通±12V電源，輸入端ui1、ui2對地短路，即進行調(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,由實驗者自行完成。實驗時需選擇合適的直流信號幅度以確保集成運放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓Uo，記入表7-3中。表7-3Ui1/V0.50.50.3

9、0.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30Uo計算值-10-8-8-2-3誤差22%4%20%23%30%4. 減法運算電路 (1) 按圖7-4連接實驗電路并接通±12V電源，輸入端ui1、ui2對地短路，即進行調(diào)零和消振。(2)采用直流輸入信號，實驗步驟同實驗內(nèi)容3，記入表7-4中。表7-4Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V0.01-1.972.040.041.04Uo計算值0-2201誤差1%3%4%4%4%5. 積分運算電路 

10、實驗步驟： 實驗電路如圖7-5所示。(1) 打開K1，閉合K2，對運放輸出uo進行調(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，接入實驗電路，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7-5中，直到Uo不繼續(xù)明顯增大為止。 【實驗總結(jié)】1、 整理實驗數(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） 反相比例運算電路AV實測值9.92計算值10（2） 同相比例運算電路AV（1）實測值10.98計算值1

11、1（2）實測值1.02計算值1（3） 反相加法運算電路Uo/V實測值-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30計算值10-8-8-2-3（4） 減法運算電路Uo/V實測值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）實驗設(shè)備使用了一定的時間，實驗電路板的電阻的實際阻值和標(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）在用萬用表測量實驗數(shù)據(jù)時，首先萬用表

12、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、分析討論實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。答：現(xiàn)象：做第一個反相比例運算電路的實驗時，示波器上顯示的輸出電壓值為500mV，應(yīng)約為5V。分析：沒有注意到實驗箱提供的100k電阻有誤，實驗箱沒有提供相應(yīng)的100k電阻，實驗前沒有足夠認(rèn)真檢查，Rf誤接了10k，導(dǎo)致輸出電壓有誤，耽誤了時間，影響后面的實驗進程?！舅伎碱}】（1）復(fù)習(xí)集成運放線性應(yīng)用部分內(nèi)容，并根據(jù)實驗電路參數(shù)計算各電路輸出電壓的理論值。答：反相比例運算電路：uo=-RfR1ui=5V；同相比例放大電路：uo=(1+RfR1

13、)ui=5.5V反相加法運算電路：uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo計算值-10-8-8-2-3減法運算電路：uo=RfR1（ui2-ui1）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo計算值0-2201（2）在反相加法器中，如ui1和ui2均采用直流信號，并選定ui2=-1V，當(dāng)考慮到運算放大器最大輸出幅度（±12V）時，則|ui1|的大小不應(yīng)超過多少伏？答：由uo=-ui2-2ui1，得ui1=（-ui2-uo）/2,代入數(shù)據(jù)得|ui1|max=6.5V，所以|ui1|的大小不應(yīng)超過6.5伏。（3）在積分電路中，如R1=100k，C=4.7F求時間常數(shù)。假設(shè)ui=0.5V,問要使輸出