集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用

-.z.實(shí)驗(yàn)名稱集成運(yùn)算放大器的根本應(yīng)用一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆占蛇\(yùn)算放大器的正確使用方法。掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種根本運(yùn)算電路的方法。學(xué)習(xí)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(diǎn)掌握積分輸入，輸出波形的測(cè)量和描繪方法。二.實(shí)驗(yàn)元器件集成運(yùn)算放大器LM3241片電位器1kΩ1只電阻100kΩ2只；10kΩ3只；Ω1只；9kΩ1只電容μf1只三、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)由運(yùn)算放大器組成的反相比例、反相加法、減法、比例積分運(yùn)算電路的工作原理。寫出上述四種運(yùn)算電路的vi、vo關(guān)系表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)前計(jì)算好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中得有關(guān)理論值，以便與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果作比擬。自擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。四.實(shí)驗(yàn)原理及參考電路本實(shí)驗(yàn)采用LM324集成運(yùn)算放大器和外接電阻、電容等構(gòu)成根本運(yùn)算電路。1.反向比例運(yùn)算反向比例運(yùn)算電路如圖1所示，設(shè)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(yùn)算放大器的閉環(huán)增益。在選擇電路參數(shù)是應(yīng)考慮：EQ\o\ac(○,1)根據(jù)增益，確定與的比值，因?yàn)樗裕诰唧w確定和的比值時(shí)應(yīng)考慮；假設(shè)太大，則亦大，這樣容易引起較大的失調(diào)溫漂；假設(shè)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。假設(shè)對(duì)放大器輸入電阻有要求，則可根據(jù)先確定，再求。EQ\o\ac(○,2)運(yùn)算放大器同相輸入端外接電阻是直流補(bǔ)償電阻，可減小運(yùn)算放大器偏執(zhí)電流產(chǎn)生的不良影響，一般取，由于反向比例運(yùn)算電路屬于電壓并聯(lián)負(fù)反應(yīng)，其輸入、輸出阻抗均較低。本次試驗(yàn)中所選用電阻在電路圖中已給出。2.反向比例加法運(yùn)算反向比例加法運(yùn)算電路如圖2所示，當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)增益足夠大時(shí)，其輸入端為"虛地〞，和均可通過、轉(zhuǎn)換成電流，實(shí)現(xiàn)代數(shù)相加，其輸出電壓當(dāng)時(shí)為保證運(yùn)算精度，除盡量選用精度高的集成運(yùn)算放大器外，還應(yīng)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(yùn)算電路的選取范圍。同理，圖中的。圖23.減法運(yùn)算減法運(yùn)算電路如圖3，當(dāng)時(shí)，輸出電壓在電阻值嚴(yán)格匹配情況下，本電路具有較高的共模抑制能力。圖3圖44.積分運(yùn)算電路如圖4，當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)電壓增益足夠大，且開路時(shí)，可人認(rèn)為，其中將代入，并設(shè)電容兩端初始電壓為零，則當(dāng)輸入信號(hào)為幅度的直流電壓時(shí)，此時(shí)輸出電壓的波形是隨時(shí)間線性下降的，如圖5。當(dāng)輸入信號(hào)為正方波時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)態(tài)波形如圖6所示。實(shí)際電路中，通常在積分電容兩端并聯(lián)反應(yīng)電阻，用于直流負(fù)反應(yīng)，其目的是減小集成運(yùn)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(shí)的參加將對(duì)電容C產(chǎn)生分流作用，從而導(dǎo)致積分誤差。為克制誤差，一般需滿足。C太小，會(huì)加劇積分漂移，但C增大，電容漏電流也會(huì)隨之加大。通常取。5.集成運(yùn)算放大器LM324集成運(yùn)算放大器LM324的內(nèi)部電路構(gòu)造和引腳排列如圖7所示。五．硬件實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.反相比例運(yùn)算EQ\o\ac(○,1)設(shè)計(jì)并安裝反向比例運(yùn)算電路，要求輸入阻抗。EQ\o\ac(○,2)在該放大器輸入端參加的正弦電壓，峰峰值500mv，測(cè)量放大器的輸出電壓，電壓增益。2.反相比例加減法EQ\o\ac(○,1)輸入1kHz正弦波，峰峰值為500mv，調(diào)節(jié)產(chǎn)生EQ\o\ac(○,2)測(cè)量輸出電壓V電路如下列圖加減法運(yùn)算電路3.反向比例積分電路EQ\o\ac(○,1)輸入，峰峰值為1V的正方波〔調(diào)節(jié)offset使其為正方波〕EQ\o\ac(○,2)用DC擋測(cè)試，畫出其波形，標(biāo)出其幅值和周期獲得如下波形六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.反相比例運(yùn)算結(jié)果：波形圖分析：可明顯觀察到ch1與chi2反相，且有放大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相差較小，在誤差允許范圍之內(nèi)。2.反相比例加減法vivoVo實(shí)測(cè)Vo理論值相對(duì)誤差Vi1=496mvVi2=336mv0.96%Vi1=496mvVi2=458mv0.63%結(jié)果：加法vivoVo實(shí)測(cè)Vo理論值相對(duì)誤差Vi1=496mvVi2=400mv1.0%Vi1=496mvVi2=360mv-0.74%結(jié)果：減法分析：由結(jié)果計(jì)算出相對(duì)誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效3.反向比例積分電路結(jié)果：波形圖分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效七、思考題在圖所示反相比例加法運(yùn)算電路中〔開關(guān)S置A點(diǎn)〕。R'值應(yīng)怎樣確定？假設(shè)R1=R2=10kΩ，Ω，試問：取R1=10kΩ和R1=100kΩ兩種情況下，哪一種運(yùn)算精度高？為什么？對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。答：①，②R1=100kΩ精度高，因?yàn)楫?dāng)R1越小，信號(hào)的放大越明顯，則精度越高需要定量分析！結(jié)論不正確！。需要定量分析！結(jié)論不正確！假設(shè)輸入信號(hào)與放大器的同相端相連，當(dāng)信號(hào)正向增大時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出時(shí)正還是負(fù)？答：因?yàn)榉糯笃魍喽伺c輸出端同相，所以輸出應(yīng)為正假設(shè)輸入信號(hào)與放大器的同相端相連，當(dāng)信號(hào)反向增大時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出時(shí)正還是負(fù)？答：放大器反相端與輸出端反相，當(dāng)信號(hào)負(fù)向增大，輸出應(yīng)為正八、小結(jié)這次實(shí)驗(yàn)是對(duì)我們動(dòng)手能力的一次考驗(yàn)，更是對(duì)我們關(guān)于運(yùn)算放大器的知識(shí)的一次實(shí)踐，完成實(shí)驗(yàn)需要對(duì)各個(gè)原理掌握清楚，對(duì)接線有清晰的思路，更要對(duì)儀器熟練的使用。在這次實(shí)驗(yàn)過程中，我收集了一些常見的問題，小結(jié)如下：實(shí)驗(yàn)過程中有同學(xué)的正負(fù)電源接反，導(dǎo)致IC被燒壞，我在做實(shí)驗(yàn)的過程中，電源線的不同端使用了不同顏色的導(dǎo)線以示區(qū)別。有的同學(xué)波形不斷變換或者出現(xiàn)不了預(yù)期的波形，我認(rèn)為可以按以下步驟檢驗(yàn)：a.可以先按autoset，我認(rèn)為這個(gè)按鈕十分有效，有時(shí)候在電路接線有改動(dòng)時(shí)，可能示波器的波形沒有明顯變化，此時(shí)按autoset很有效，b.檢查電路以后發(fā)現(xiàn)仍然有問題，可以測(cè)試一些特殊點(diǎn)的電位或者波形來分析。很多同學(xué)得到了正確波形，卻同時(shí)發(fā)現(xiàn)波形比擬不"美觀〞，"毛糙〞，這個(gè)一般是接地線沒有接好的原因?？梢詫⒕植拷拥鼐€更換位置，可以很有效的解決這個(gè)問題。我做第三個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，做了很久，實(shí)驗(yàn)線路重新連了三四次才得出結(jié)果