集成運(yùn)算放大器組成的加法和積分等基本運(yùn)算電路的功能

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

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(wèn)題。

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(jí)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(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。

1、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，滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放。

★開(kāi)環(huán)電壓增益 A ud =∞

★輸入阻抗 r i =∞

★輸出阻抗 r o =0

★帶寬 f BW =∞

★失調(diào)與漂移均為零等。

2、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

U o ＝A ud （U + -U - ）

由于A ud =∞，而Uo為有限值，因此，U + -U - ≈0。即 U + ≈U- ，稱為“ 虛短 ”。

（2）由于r i =∞，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即 I IB ＝0 ，稱為“ 虛斷 ”。這說(shuō)明運(yùn)放對(duì)其前級(jí)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(jiǎn)化運(yùn)放電路的計(jì)算。

3、基本運(yùn)算電路

（1）反相比例運(yùn)算電路

電路如下圖所示。對(duì)于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：

為了減小輸入級(jí)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

R 2 ＝R 1 ~ // RF~

（2）同相比例運(yùn)算電路

同相比例運(yùn)算電路如下面（a）圖所示，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：

當(dāng)R 1 →∞時(shí)，U o ＝U i ，即得到如上面圖(b)所示的電壓跟隨器。圖中R 2 ＝R F ，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般RF取10KΩ， RF太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。

（3）反相加法電路

電路如下圖所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：

（4）差動(dòng)放大電路（減法運(yùn)算電路）

對(duì)于下圖所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)R 1 ＝R 2 ，R 3 ＝RF時(shí)， 有如下關(guān)系式：

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件

1、±12V直流電源

2、函數(shù)信號(hào)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μA741×1（如下圖所示），電阻器、電容器若干

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

注意： 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。

調(diào)零： 對(duì)運(yùn)放本身（主要是差分輸入級(jí)）的失調(diào)進(jìn)行補(bǔ)償，保證運(yùn)放閉環(huán)工作后，輸出值更精準(zhǔn)，即輸入為0時(shí)，輸出也為0。

按下圖連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端對(duì)地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。

實(shí)驗(yàn)步驟- 調(diào)電位器Rw，萬(wàn)用表測(cè)輸出Uo=0

1、反相比例運(yùn)算電路

按下圖連接實(shí)驗(yàn)電路，在反相端輸入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信號(hào)，測(cè)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6-1。

實(shí)驗(yàn)步驟- 信號(hào)源us為1.414Vpp、1KHz正弦波，用示波器監(jiān)測(cè)輸出波形ui、uo波形，用交流毫伏表測(cè)量ui、uo有效值

表6-1

2、同相比例運(yùn)算電路

按下圖連接實(shí)驗(yàn)電路，在反相端輸入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的Uo，并用示波器觀察uo和ui的相位關(guān)系，步驟同上，記入表6-2。

實(shí)驗(yàn)步驟- 信號(hào)源us為1.414Vpp、1KHz正弦波，用示波器監(jiān)測(cè)輸出波形ui、uo波形，用交流毫伏表測(cè)量ui、uo有效值

表6-2

3、反相加法運(yùn)算電路

按下圖連接實(shí)驗(yàn)電路，調(diào)零和消振。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意選擇合適的直流信號(hào)幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測(cè)量輸入電壓U i1 、Ui2及輸出電壓Uo，記入表6－3。

實(shí)驗(yàn)步驟- 將可調(diào)直流電源A調(diào)為0.2V，可調(diào)直流電源B調(diào)為0.1V

實(shí)驗(yàn)步驟- A路電源正端接U i1 =0.2V，B路電源正端接U i2 =0.1V，電源A、B負(fù)端接COM地，萬(wàn)用表測(cè)量輸出Uo

實(shí)驗(yàn)步驟- A路電源正端接U i1 =0.2V，B路電源負(fù)端接U i2 =-0.1V，電源A負(fù)端和B路正端接COM地，萬(wàn)用表測(cè)量輸出Uo

其他輸入信號(hào)的測(cè)試過(guò)程同上，將數(shù)據(jù)填入下表。

表6-3

4、減法運(yùn)算電路

按下圖連接實(shí)驗(yàn)電路，調(diào)零和消振。采用直流輸入信號(hào)，實(shí)驗(yàn)步驟同反向加法運(yùn)算電路測(cè)試內(nèi)容，記入表6－4。

實(shí)驗(yàn)步驟- A路電源正端接U i1 =0.2V，B路電源正端接U i2 =0.1V，電源A、B負(fù)端接COM地，萬(wàn)用表測(cè)量輸出Uo

實(shí)驗(yàn)步驟- A路電源正端接U i1 =0.2V，B路電源負(fù)端接U i2 =-0.1V，電源A負(fù)端和B路正端接COM地，萬(wàn)用表測(cè)量輸出Uo

其他輸入信號(hào)的測(cè)試過(guò)程同上，將數(shù)據(jù)填入下表。

表6-4

5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容--選作

電壓跟隨器及積分運(yùn)算電路，實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示。