實(shí)驗(yàn)24+運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2.4 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用12.掌握集成運(yùn)算放大器調(diào)零功能。 1.深入理解集成運(yùn)算放大器工作于線性區(qū)的條件與特點(diǎn)。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?3. 掌握利用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)比例、加減運(yùn)算電路的基本方法。 1. 判斷運(yùn)放好壞。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)2. 根據(jù)模擬電路實(shí)驗(yàn)箱上的741741運(yùn)算放大器，設(shè)計(jì) 3. 設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)Uo=2Ui1-5Ui2+3Ui3的運(yùn)算電路，要求用表格的形式進(jìn)行驗(yàn)證。 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱(741運(yùn)放、電阻、電位器)、數(shù)字萬(wàn)用表、導(dǎo)線。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 4. 對(duì)Uo=3Ui電路進(jìn)行調(diào)零，寫出“調(diào)零” 步驟。一個(gè)能實(shí)現(xiàn)Uo=3Ui的運(yùn)

2、算電路，用表格的形式驗(yàn)證Uo=3Ui的運(yùn)算電路，并畫出電路的傳輸特性曲線。 四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于理想化了的運(yùn)放，它有一個(gè)“虛斷”的特點(diǎn)，即I+ +=I- -=0。 當(dāng)理想運(yùn)放工作在線性狀態(tài)下時(shí)，它有一個(gè)十分突出的特點(diǎn)，就是“虛接”(或稱“虛短”)的特點(diǎn)，即U+ += =U- -。對(duì)于反相輸入、同相接地的電路，因?qū)τ诜聪噍斎搿⑼嘟拥氐碾娐?，因U U+ +=0=0，所以，所以U U- -=0 =0 ,故稱為故稱為“虛地虛地” ” ，它是，它是“虛接虛接” ” 的一種特殊情況。的一種特殊情況。 在線性運(yùn)用的電路設(shè)計(jì)時(shí)，均可利用運(yùn)放這兩個(gè)特點(diǎn)來(lái)推導(dǎo)輸入、輸出關(guān)系。要充分利用運(yùn)放線性運(yùn)用的公

3、式進(jìn)行設(shè)計(jì)、選擇參數(shù)，以滿足題目的要求。舉例：下面是一個(gè)反相比例電路R R平衡電阻作用：平衡電阻作用：使運(yùn)放同相和反相輸使運(yùn)放同相和反相輸入端對(duì)地電阻相等，入端對(duì)地電阻相等，處于對(duì)稱與平衡工作處于對(duì)稱與平衡工作狀態(tài)，減小溫漂，提狀態(tài)，減小溫漂，提高運(yùn)算精度。高運(yùn)算精度。 當(dāng)Rf =50k時(shí)， =5，隨著Ui從0逐漸正向(或負(fù)向)增加，輸出Uo達(dá)到負(fù)飽和值(或正飽和)值Uom,該值大小取決于電源電壓，略小于電源電壓(正、負(fù)飽和值大小略有差異)，此時(shí)Ui= 2.3V。 電壓傳輸曲線電壓傳輸曲線=2=2R1Rf 電壓傳輸曲線電壓傳輸曲線=5=5R1Rf 當(dāng)Rf =20k時(shí)， =2，隨著Ui從0逐漸正

4、向(或負(fù)向)增加，輸出Uo達(dá)到負(fù)飽和值(或正飽和值)Uom, Uom 值的大小取決于電源電壓，略小于電源電壓(正、負(fù)飽和值大小略有差異)，此時(shí)Ui= 5.4V。 所以在做線性運(yùn)用電路的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意輸入電壓的取值應(yīng)保證運(yùn)放工作在線性區(qū)。 這說(shuō)明在負(fù)反饋時(shí)運(yùn)放并不一定工作在線性區(qū)。運(yùn)放工作在線性區(qū)與輸入電壓有關(guān)。運(yùn)放只有工作在深度負(fù)反饋時(shí)才工作在線性區(qū)。當(dāng)運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，輸出電壓保持不變，其值取決于電源電壓，且略小于電源電壓(正、負(fù)飽和值大小略有差異)。 從上圖看出，對(duì)于放大倍數(shù)= =2 的反相比例電路，在Ui=-5.4V5.4V內(nèi)變化時(shí)，運(yùn)放工作在線性區(qū)； 對(duì)于放大倍數(shù)= =5時(shí)，在Ui

5、=-2.3V2.3V內(nèi)變化，運(yùn)放工作在線性區(qū)。Off1 U U12V 741管腳圖管腳圖調(diào)零端子調(diào)零端子741放在放在14個(gè)管腳的雙列插座個(gè)管腳的雙列插座NC+12V Uo off2空腳空腳注意插座管腳號(hào)與芯片管腳號(hào)的區(qū)別注意插座管腳號(hào)與芯片管腳號(hào)的區(qū)別電源電源同相同相輸入輸入輸出輸出4Uo 4U 4U+ 15V 3U+ 3U 3Uo 同相同相輸入輸入 1Uo 1U 1U+15V 2U+ 2U 2Uo 反相反相輸入輸入 324管腳圖管腳圖電源電源輸出輸出電源電源u uA741A741是一個(gè)帶調(diào)零端子的單運(yùn)放。LM324LM324則是四運(yùn)放芯片,它含有四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)放，共用一個(gè)15V15V電源。+

6、5V5V1K5V+5V電位器當(dāng)輸入U(xiǎn) Ui i接入+5V+5V直流電源時(shí)，運(yùn)放處于負(fù)飽和狀態(tài)U Uo o=-=-U Uomom，用萬(wàn)用表直流20V20V檔監(jiān)測(cè)輸出端是否為-10V-10V左右。 傳輸特性傳輸特性當(dāng)輸入U(xiǎn) Ui i接入-5V-5V直流電源時(shí)，運(yùn)放處于正飽和狀態(tài)U Uo o=+=+U Uomom用萬(wàn)用表直流20V20V檔監(jiān)測(cè)輸出端是否為+11V+11V左右。 1.判斷運(yùn)放好壞的簡(jiǎn)便電路 利用運(yùn)放非線性應(yīng)用的過(guò)零比較器電路來(lái)判斷： 五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟符合則確符合則確定運(yùn)放是定運(yùn)放是好的好的。畫出該電路的傳輸特性曲線。畫出該電路的傳輸特性曲線。 2.2. Uo=3Ui的運(yùn)算電路的

7、測(cè)試驗(yàn)證。將的運(yùn)算電路的測(cè)試驗(yàn)證。將-5V-5V+5V+5V可可調(diào)電位器接入調(diào)電位器接入U(xiǎn)o= =3Ui的運(yùn)算電路輸入端的運(yùn)算電路輸入端Ui ，調(diào)節(jié)輸入，調(diào)節(jié)輸入電位器，用萬(wàn)用表直流電位器，用萬(wàn)用表直流20V20V擋監(jiān)測(cè)輸出端，使得輸出分擋監(jiān)測(cè)輸出端，使得輸出分別達(dá)到別達(dá)到-Uom和和+Uom，記錄相應(yīng)的，記錄相應(yīng)的Ui值。值。12V12V直流電源供運(yùn)放直流電源供運(yùn)放電電源應(yīng)源應(yīng)置置ONON, ,5V5V電源供調(diào)電源供調(diào)電壓的電位器應(yīng)置電壓的電位器應(yīng)置0N0N 繼續(xù)調(diào)節(jié)電位器，使得輸出繼續(xù)調(diào)節(jié)電位器，使得輸出在線性范圍內(nèi)達(dá)到負(fù)內(nèi)達(dá)到負(fù)值到正值變化，記錄相應(yīng)的值到正值變化，記錄相應(yīng)的Ui、Uo數(shù)

8、據(jù)。數(shù)據(jù)。Ui(v)實(shí)測(cè)值0Uo(v)實(shí)測(cè)值負(fù)飽和點(diǎn)-Uom負(fù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)-Uom負(fù)值負(fù)值正值正值正轉(zhuǎn)折點(diǎn)+Uom正飽和點(diǎn)+UomUo(v)理論值表2-4-1 Uo=3Ui 測(cè)試表 3. 按照所設(shè)計(jì)的Uo=2Ui1-5Ui2+3Ui3的運(yùn)算電路接線，其中兩個(gè)輸入可用-5V+5V可調(diào)電位器,第三個(gè)輸入可通過(guò)可調(diào)電阻和5V電源搭建。步驟同上。 Ui1(v)實(shí)測(cè)值0Ui2(v)實(shí)測(cè)值0Ui3(v)實(shí)測(cè)值0Uo(v)實(shí)測(cè)值負(fù)飽和點(diǎn)-Uom負(fù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)-Uom負(fù)值負(fù)值正值正值正轉(zhuǎn)折點(diǎn)+Uom正飽和點(diǎn)+UomUo(v)理論值表2-4-2 Uo=2Ui1-5Ui2 +3Ui3測(cè)試表 由于輸入失調(diào)的存在，運(yùn)放在輸入為零

9、時(shí)，輸出并不為零。由于本次實(shí)驗(yàn)采用帶調(diào)零端子的741芯片做實(shí)驗(yàn)，所以可采用右圖所示的調(diào)零電路進(jìn)行調(diào)零。Uo=-2=-2Ui 調(diào)零電路調(diào)零電路4. 舉例：Uo=-=-2Ui的調(diào)零電路10K20K6.67K 方法：對(duì)照741管腳圖，完成Uo=-2=-2Ui的運(yùn)算實(shí)驗(yàn)電路 的連接后，使Ui接地，用萬(wàn)用表直流200mV擋監(jiān)測(cè)輸出是否為零，如不為零，則調(diào)節(jié)R(10k)電位器使得輸出為零。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 1. 畫出判斷運(yùn)放好壞電路。簡(jiǎn)要地寫出實(shí)驗(yàn)步驟。畫出判斷運(yùn)放好壞電路。簡(jiǎn)要地寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 2.2.設(shè)計(jì)和說(shuō)明設(shè)計(jì)和說(shuō)明Uo= =3Ui實(shí)驗(yàn)電路和參數(shù)，完成表實(shí)驗(yàn)電路和參數(shù)，完成表

10、格格2-2-4 4-1-1的測(cè)試記錄，畫出電路的傳輸特性曲線。的測(cè)試記錄，畫出電路的傳輸特性曲線。 4.4.根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。完成思考題。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。完成思考題。 3.3.設(shè)計(jì)和說(shuō)明設(shè)計(jì)和說(shuō)明Uo= =2Ui1- -5Ui2+3Ui3實(shí)驗(yàn)電路和參數(shù)，實(shí)驗(yàn)電路和參數(shù)，寫出推導(dǎo)過(guò)程。完成表格寫出推導(dǎo)過(guò)程。完成表格2-2-4 4-2-2的測(cè)試記錄。的測(cè)試記錄。 5.5.畫出畫出Uo= - - 3Ui調(diào)零電路。寫出調(diào)零電路。寫出“調(diào)零調(diào)零” ” 步驟步驟。七、注意事項(xiàng)七、注意事項(xiàng)注意12V12V電源接入運(yùn)放uA741A741的4 4、7 7腳時(shí)不要接反，否則會(huì)燒壞運(yùn)算放大器。 無(wú)須調(diào)零時(shí)，可利用焊在箱內(nèi)部的741741芯片(標(biāo)有A1A1、A2