實驗：集成運算放大器應用(加減運算電路設計)課件

實驗六

集成運算放大器應用（一）

——加減運算電路設計實驗六

集成運算放大器應用（一）

——加減運算電路設計1一、實驗目的（l）掌握運算放大器構成比例、求和運算電路的結構特點。（2）掌握集成運算放大器的設計方法。一、實驗目的（l）掌握運算放大器構成比例、求和運算電路的結構2二、實驗原理運算放大器是具有兩個輸人端、一個輸出端的高增益、高輸人阻抗的電壓放大器。在它的輸出端和輸人端之間加上反饋網絡，則可實現(xiàn)各種不同的電路功能，如反饋網絡為線性電路時，運算放大器的功能有：放大、加、減、微分和積分等；如反饋網絡為非線性電路時可實現(xiàn)對數(shù)、乘和除等功能；還可組成各種波形形成電路，如正弦波、三角波、脈沖波等波形發(fā)生器。在線性應用中，分析電路遵循的原則是：虛短和虛斷。虛短：認為流入運放兩個輸入端的電流近似為零。虛斷：認為運放兩個輸入端的電壓近似相等（U+≈U－）。二、實驗原理運算放大器是具有兩個輸人端3使用運算放大器時，調節(jié)零點和相位補償是必須注意的兩個問題。為了提高集成運算放大器的運算精度，消除因失調電壓和失調電流引起的誤差，必須采取調零技術，保證運算放大器輸人為零時，輸出也為零。一般運算放大器具有外接調零端，例如F007或μA741，它的調零電路如圖6－1所示。使用運算放大器時，調節(jié)零點和相位補償是必4圖6－1μA741調零電路圖6－1μA741調零電路51反相比例放大器電路如圖6－2所示，當開環(huán)增益為∞（大于104以上）時，反相比例放大器的閉環(huán)電壓增益為：由上式可知，選用不同的電阻比值，Auf可以大于l，也可以小于1，若取RF＝R1，則放大器的輸出電壓等于輸入電壓的負值，也稱為反相跟隨器。1反相比例放大器6圖6－2反相比例放大器圖6－2反相比例放大器72同相比例放大器電路如圖6－3所示，當運算放大器開環(huán)增益足夠大時（大于104），同相比例放大器的閉環(huán)電壓增益為：由上式可知，Auf恒大于l。若R1→∞時，Auf為1，于是同相比例放大器轉變?yōu)橥喔S器。2同相比例放大器8圖6－3同相比例放大器圖6－3同相比例放大器93．加法器電路如圖6－4所示。當運算放大器開環(huán)增益足夠時，運算放大器的輸人端為虛地，三個輸入電壓可以彼此獨立地通過自身的輸入回路電阻轉換為電流，能精確地實現(xiàn)代數(shù)相加運算。根據(jù)虛斷和虛短的概念，有3．加法器104減法器電路如圖6－5所示。當運算放大器開環(huán)增益足夠大時，輸出電壓Uo為：在電阻值嚴格匹配的情況下，電路具有較高的共模抑制能力。4減法器11圖6－5減法器電路圖6－5減法器電路12三、實驗儀器及設備（1）低頻信號發(fā)生器1臺（2）晶體管毫伏表1臺（3）雙蹤示波器1臺（4）雙路穩(wěn)壓電源1臺（5）數(shù)字式萬用表l塊（6）微型計算機系統(tǒng)1套三、實驗儀器及設備（1）低頻信號發(fā)生器13四、實驗內容及步驟1反相放大器實驗電路按圖6－6連接，使其滿足下列關系式：四、實驗內容及步驟1反相放大器14圖6－6反相比例放大器圖6－6反相比例放大器15在該比例放大器的輸人端加人下列電壓值測出放大器的輸出電壓值。在該比例放大器的輸人端加人下列電壓值162同相跟隨器實驗電路按圖6－7連接，使其滿足下列關系式：在該放大器的輸人端加人下列電壓值,2同相跟隨器17實驗：集成運算放大器應用(加減運算電路設計)課件18實驗：集成運算放大器應用(加減運算電路設計)課件193反相加法器實驗電路按圖6－8連接，使其滿足下列關系式3反相加法器20圖6－8加法器電路圖6－8加法器電路21在該放大器的輸人端加人下列電壓值,加人Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝1.5V時，測出輸出電壓值Uo。在該放大器的輸人端加人下列電壓值,加人U224設計加減法電路（1）設計一個加法電路，使其滿足下列關系式：。①輸入信號Ui1、Ui2都是頻率為1kHz的正弦信號，幅度分別為U1p-p＝100mV，U2p-p＝200mV，觀測輸出是否滿足設計要求。②輸入信號Ui1是頻率為1kHz，幅度為U1p-p＝100mV的正弦信號，Ui2是直流電壓（＋0.5V），觀測輸出是否滿足設計要求（注意輸入信號中有直流電壓使輸出信號中含有直流分量后與輸出為純交流信號的不同）。（1）設計一個加法電路，使其滿足下列關系式：通過軟件模擬仿真，修改電路中電阻值，以滿足設計指標的要求。安裝設計好的電路，加人Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝1.5V時，測出輸出電壓值Uo。4設計加減法電路23五、思考題（1）運算放大器作比例放大時，R1與RF的阻值誤差為±10%，試問如何分析和計算電壓增益的誤差。（2）運算放大器作精密放大時，同相輸人端對地的直流電阻要與反相輸人端對地的直流電阻相等，如果不相等，會引起什么現(xiàn)象，請詳細分析。（3）為什么交流電壓放大器不需要調零？五、思考題（1）運算放大器作比例放大時，R1與RF的阻值24實驗六

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集成運算放大器應用（一）

——加減運算電路設計25一、實驗目的（l）掌握運算放大器構成比例、求和運算電路的結構特點。（2）掌握集成運算放大器的設計方法。一、實驗目的（l）掌握運算放大器構成比例、求和運算電路的結構26二、實驗原理運算放大器是具有兩個輸人端、一個輸出端的高增益、高輸人阻抗的電壓放大器。在它的輸出端和輸人端之間加上反饋網絡，則可實現(xiàn)各種不同的電路功能，如反饋網絡為線性電路時，運算放大器的功能有：放大、加、減、微分和積分等；如反饋網絡為非線性電路時可實現(xiàn)對數(shù)、乘和除等功能；還可組成各種波形形成電路，如正弦波、三角波、脈沖波等波形發(fā)生器。在線性應用中，分析電路遵循的原則是：虛短和虛斷。虛短：認為流入運放兩個輸入端的電流近似為零。虛斷：認為運放兩個輸入端的電壓近似相等（U+≈U－）。二、實驗原理運算放大器是具有兩個輸人端27使用運算放大器時，調節(jié)零點和相位補償是必須注意的兩個問題。為了提高集成運算放大器的運算精度，消除因失調電壓和失調電流引起的誤差，必須采取調零技術，保證運算放大器輸人為零時，輸出也為零。一般運算放大器具有外接調零端，例如F007或μA741，它的調零電路如圖6－1所示。使用運算放大器時，調節(jié)零點和相位補償是必28圖6－1μA741調零電路圖6－1μA741調零電路291反相比例放大器電路如圖6－2所示，當開環(huán)增益為∞（大于104以上）時，反相比例放大器的閉環(huán)電壓增益為：由上式可知，選用不同的電阻比值，Auf可以大于l，也可以小于1，若取RF＝R1，則放大器的輸出電壓等于輸入電壓的負值，也稱為反相跟隨器。1反相比例放大器30圖6－2反相比例放大器圖6－2反相比例放大器312同相比例放大器電路如圖6－3所示，當運算放大器開環(huán)增益足夠大時（大于104），同相比例放大器的閉環(huán)電壓增益為：由上式可知，Auf恒大于l。若R1→∞時，Auf為1，于是同相比例放大器轉變?yōu)橥喔S器。2同相比例放大器32圖6－3同相比例放大器圖6－3同相比例放大器333．加法器電路如圖6－4所示。當運算放大器開環(huán)增益足夠時，運算放大器的輸人端為虛地，三個輸入電壓可以彼此獨立地通過自身的輸入回路電阻轉換為電流，能精確地實現(xiàn)代數(shù)相加運算。根據(jù)虛斷和虛短的概念，有3．加法器344減法器電路如圖6－5所示。當運算放大器開環(huán)增益足夠大時，輸出電壓Uo為：在電阻值嚴格匹配的情況下，電路具有較高的共模抑制能力。4減法器35圖6－5減法器電路圖6－5減法器電路36三、實驗儀器及設備（1）低頻信號發(fā)生器1臺（2）晶體管毫伏表1臺（3）雙蹤示波器1臺（4）雙路穩(wěn)壓電源1臺（5）數(shù)字式萬用表l塊（6）微型計算機系統(tǒng)1套三、實驗儀器及設備（1）低頻信號發(fā)生器37四、實驗內容及步驟1反相放大器實驗電路按圖6－6連接，使其滿足下列關系式：四、實驗內容及步驟1反相放大器38圖6－6反相比例放大器圖6－6反相比例放大器39在該比例放大器的輸人端加人下列電壓值測出放大器的輸出電壓值。在該比例放大器的輸人端加人下列電壓值402同相跟隨器實驗電路按圖6－7連接，使其滿足下列關系式：在該放大器的輸人端加人下列電壓值,2同相跟隨器41實驗：集成運算放大器應用(加減運算電路設計)課件42實驗：集成運算放大器應用(加減運算電路設計)課件433反相加法器實驗電路按圖6－8連接，使其滿足下列關系式3反相加法器44圖6－8加法器電路圖6－8加法器電路45在該放大器的輸人端加人下列電壓值,加人Ui1＝0.5V，Ui2＝1V，Ui3＝1.5V時，測出輸出電壓值Uo。在該放大器的輸人端加人下列電壓值,加人U464設計加減法電路（1）設計一個加法電路，使其滿足下列關系式：。①輸入信號Ui1、Ui2都是頻率為1kHz的正弦信號，幅度分別為U1p-p＝100mV，U2p-p＝200mV，觀測輸出是否滿足設計要求。②輸入信號Ui1是頻率為1kHz，幅度為U1p-p＝100mV的正弦信號，Ui2是直流電壓（＋0.5V），觀測輸出是否滿足設計要求（注意輸入信號中有直流電壓使輸出信號中含有直流分量后與輸出為純交流信號的不同）。（1）設計一個加法電路，使其滿足下列關系式：通過軟件模擬仿真，修改電路中電阻值，以滿足設計指