集成运算放放大器的线性应用实验ppt课件

集成运放的差模开环放大倍数AOd有： U0 = AOd(U+-U_)
其中AOd非常高 ∞ UO为有限值，所以(U+ - U-)
0
因而有： U+ - U-＝0 或 U+＝U-
“虚短”
“虚短”：运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近 ，好象短路一样，但却不是真正的短路。
又因为： Rid Ui I I 则： II0
Rf 100K +V +12V
R1 10K Uo
R2 10K R3 10K
Rw 100K
-V -12V
图二
12
（2）反相比例放大器及反相器
反相比例放大器电路如图三所 示。在电路中,输入信号Ui经输入电 阻R1送到反相输入端,而同相输入端 通过电阻R2接“地”。反馈电阻Rf跨 接在输出端和反相输入端之间,形成 深度电压并联负反馈。其运算关系为 ：
2. 用交流毫伏表测量输入、输出电压的数值, 并与理论计算值比较。将结果填人表4中。
表4
名称 R1
R2
Rf Ui1(mv) Ui2(mv) Uo(mv) Uo(mv)(理论值)
减法器 10K 10K 100K
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（六）积分器
当输入电压为Ui时，在 电阻R1产生输入电流将向电 容Cf充电；充电过程是输入 电流在电容上随时间的电荷 积累，而电容一端接在虚地 点，另一端是积分器的输出 因此，输出电压U0将反映输 入信号对时间的积分过程。
Uo=(Rf·Ui1/R1+Rf·Ui2/R2)
该式表明，输出电压为两
个输入电压Ui1和Ui2相加。
Ui1 R1 10K
Ui2 R2 20K
Ui3 R3 10K
Rf 100K
Uo 741 R4 10K
图五
20
1.按图四接好电路,在Ui2端加入 Ui=100mv/1KHz交流信号,经Ra、Rb分压使 Ui1=50mv，用双踪示波器观察Ui和Uo的相位关系。
3、通过实验初步掌握集成运算放大器的 使用方法。
3
二 实验设备
1、模拟电路实验箱 2、交流毫伏表 3、函数信号发生器 4、双踪示波器 5、万用表
4
函数信号发 生器
模拟电路实验箱
万用表
5
双踪示波器
交流 毫伏表
6
三 实验原理
集成运放电路是一种高放大倍数、高输入阻抗、低输 出阻抗的直接耦合多级放大电路。
集成运算放大器的线性应用。要求运算放大器外接深 度负反馈后都工作在线性区，此时其输出电压Uo与输入电 Ui之间为线性关系。而且其运算关系仅决定于外接反馈网 络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无关。 改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能对Ui 进行各种数字运算。本实验只讨论比例、加法、减法、积 分这几种基本运算。采用µA741双列直插式单运算放大器, 其外部接线与调零如图－所示。
名称
表2 R1 Rf Ui(mv) Uo(mv) Av(实验值) Av(理论值)
同相比例放大器 10K 100K
跟随器
∞ 100K
18
输入信号波形
输出波形
同 相 输 入 输 出 波 形 对 比
19
（4） 加法器
在反相比例放大器基础 上,如果反相输入端增加若干 输入电路，则构成反相加法放 大器，电路如图五所示。其运 算关系为：
Uo=Ui
R1 10K
Rf 100K +12V
Ui
R2 9.1K
2 7 741 3
6
Uo
5
41
Rw 100K -12V
图四
17
1. 按图四接好电路,在反相端加入交流信号 Ui=1KHz,用双踪示波器观察Ui和Uo的相位关系。
2. 用交流毫伏表测量输入、输出电压的数 值,可得电路的电压放大倍数,并与理论计算值比 较。将结果填人表二中。
Uo=Rf/R1(Ui2-Ui1)
Rf 100K
Ui1 R1 10K
Ui2 R2 10K
R3 100K
Uo 741
该式表明,输出电压为 两个输入电压Ui1和Ui2的差 值。
图六
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1.按图六接好电路,在Ui2端加入Ui=100mv， F=1KHz交流信号,经Ra、Rb分压使Ui1=50mv，用双踪 示波器观察Ui和Uo的相位关系。
2.用交流毫伏表测量输入、输出电压的 数值,并与理论计算值比较。将结果填人表3中。
表3 名称 R1 R2 Rf Ui1(mv) Ui2(mv) Uo(mv) Uo(mv)(理论值)
加法器 10K 20K 100K
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（5）减法器
在集成运放的两个 输入端同时输入信号Ui1 和Ui2,则构成反相减法 放大器,电路如图五所示 。其运算关系为：
K
C
R1
Ui 10K
10μ(0.1μ) +
Uo
R2 10K
1
Uo
R1Cf
t 0
Uitdt
式中R1=R2=R
图七
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由此表明，输出电压正比于输入电压对时间的积分，其比 例常数取决于反馈电路的时间常数：
τ=RCf
而与放大器参数无关。若输入电压Ui为直流电压UI，则
Uo
1 RCf
UI t
1.对照实验电路图，按参数要求连接线路，经检查无 误后，打开电源进行实验。
集成运算放大器的线性应用实验
一 实验目的
二 实验设备 三 实验原理 四 实验内容 五 讨论题 六 实验报告
1 放大器调零 2 反相比例放大器 3 同相比例放大器 4 加法器 5 减法器 6 积分器
2
一 实验目的
1、掌握用集成运算放大器构成各种基本 运算电路的方法；
2、掌握用集成运算放大器构成的各种基 本运算电路的调试和测试方法；
2.合上k，其余连线不变，此时的Uc(o)=0，以消除积 分起始时刻前积分漂移所造成的影响。
3.调节直流输入电源，使UI=0.1v，准备好电路，然后 断开k，用数字式万用表测出相应的Uo，填入表5中。
25
t(秒) 0 -Uo UO理论值
表5
5 10 15 20 25 30 35
4.使图中积分电容改为0.1μ，断开K，Ui分别 输入：频率为200Hz，有效幅值为2V的方波和正弦波 信号，用示波器分别观测输入和输出电压波形，注
（3 )同相比例放大器及跟随器
如果输入信号从同相输入端引 入,反相输入端通过电阻R1接地,反 馈电阻Rf跨接在输出端和反相输入 端之间,便构成同相比例放大器电 路。如图四所示。其运算关系为：
Uo=(1+Rf/R1)Ui
该式表明,输出电压与输入电 压是比例运算关系。
若R1不接或Rf=0，则为跟随 器。
Uo =-(Rf/R1)Ui
该式表明,输出电压与输入电 压是比例运算关系。
若Rf=Ri，则为反相器
Uo=-Ui
Rf 100K +V +12V
Ui
R1
Uo
10K
R2 9.1K
Rw 100K
-V -12V
图三
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1. 按图三接好电路,在反相端加入交流信号 Ui=1KHz,用双踪示波器观察Ui和Uo的相位关系。
Ui=U+ - U- 为有限值, “虚断’
u+ i+ +
uo
A
u-
-
i-
“虚断”：运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0， 好象断路一样，但却不是真正的断路。
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四 实验内容及步骤
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(1) 放大器调零
按图二接线，使输 入端输入为零，接通电源 后，调节调零电位器RP， 使输出Uo=0（小于±10mV ），运放调零后，在后面 的实验中均不用调零了。
7
集成运放外引角及功能
图一 µA741引脚功能及符号
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集成运放的主要参数
ri 大: 几十k 几百 k ro 小：几十 几百 A od 很大: 104 107 KCM R ： 很大
理想运放：
ri ro 0
Aod KCMR
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运放工作在线性放大区的特点
当运放工作在线性放大区时：引入（深度）负反馈
2. 用交流毫伏表测量输入、输出电压的数 值,可得电路的电压放大倍数,并与理论计算值比 较。将结果填人表一中。
表1
名称
R1 Rf
Ui(mv) Uo(mv) Av(实验值) Av(理论值)
反相比例放大器 1K 100K
反相器
100K 100K14输入输入 Nhomakorabea15
输入信号波形
输出波形
输
入
输
出
波
形
对
比
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意Ui和U0的大小及相位关系，并记录波形。
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输入信号为方波
输出变为三角波
积 分 器 输 入 输 出 波 形 对 比
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五 讨论题
1 实验测得输出结果为什么与理论有一 定的误差？如何减小误差？
2 在比例运算放大器中，当输入达到一 定数值后，再增大时，输出不随着增大，为 什么？
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六 实验报告
1 认真记录、整理实验数据填入相应表 格，并绘制输入、输出波形。
2 将实验测量值与理论值进行比较，分 析产生误差的原因。
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