实验六--集成运算放大器的应用

实验集成运算放大器的应用
一、实验目的
1．了解集成运算放大器组成比例、求和电路的特点和性能。

2. 了解集成运算放大器组成电压比较器的特点和性能。

3. 掌握用Multisim软件对集成运算放大电路的仿真实验方法。

二、实验原理
运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性：
●开环差模电压增益A Od=∞
●差模输入电阻R id=∞
●输出电阻R o=0
●共模抑制比K CMR=∞等等
在分析集成运算放大器构成的电路时，上述特点是重要的依据。

显然，实际应用的集成运放不可能达到上述理想的技术指标，但随着集成电路制作工艺及微电子技术的高速发展，其技术指标可与理想集成运放的技术指标非常接近。

因此，在分析集成运放电路时，其带来的误差并不大，在工程上是允许的。

理想运放的电压传输特性如图3.36所示。

工作于线性区和非线性区的理想运放具有不同的特性。

图3.36 理想运放的电压传输特性
1．理想运算放大器工作在线性区
当理想运放工作于线性区时，U O=A d(U+−U−)，而A d=∞，因此U+=U−，又由输入电阻R id=∞可知，流进运放同相输入端和反相输入端的电流i+=i−=0；可见，当理想运放工作于线性区时，同相输入端与反相输入端的电位相等，流进同相输入端和反相输入端的电流为0。

U+=U−就是两个电位点短路，但是由于没有电流，所以称为虚短路，简称虚短；而i+= i−=0表示流过电流的电路断开了，但是实际上没有断开，所以称为虚断路，简称虚断。

2. 理想运算放大器工作在非线性区
工作于非线性区的理想运放仍然有输入电阻R id=∞，因此i+=i−=0依然成立；但由于U O≠A d(U+−U−)，所以不存在U+=U−。

三、实验内容
1. 反相比例放大电路
(1)用鼠标左键点击模拟元件钮，弹出选择元件对话框，选择OPAMP系列的741运算放大器，确定后将器件添加在工作区。

(2)添加电阻元件和电源，连接反相比例电路如图3.37。

图3.37反相比例电路
（3）由“虚短”可知，U+=U−=0；由“虚断”可知，V O−U−
R F =U−
R
；由两式可得：
V O=−R F
R V i，则电压放大倍数为A f=−R F
R。

调整输入电压信号Vi的数值，利用电压表
测量放大电路输出端电压，将结果填入表3-6-1.注意：可先设Ui=0，对零漂数据自行调整表3-6-1
2.同相比例电路
(1)用鼠标左键点击模拟元件钮，弹出选择元件对话框，选择OPAMP系列的741运算放
W
大器，确定后将器件添加在工作区。

(2)添加电阻元件和电源，连接反相比例电路如图3.38。

图3.38同相比例电路
（3）由“虚短”可知，U +=U −=V i ；由“虚断”可知，V
O−
U −
R F
=
U −R
；由以上两式可得：
V O =(1+
R F R
)V i ，则电压放大倍数为A f =1+
R F R。

调整输入电压信号Vi 的数值，利用
电压表测量放大电路输出端电压，将结果填入表3-6-2。

表3-6-2
3.反相加法电路
(1)用鼠标左键点击模拟元件钮，弹出选择元件对话框，选择OPAMP 系列的741运算放大器，确定后将器件添加在工作区。

(2)添加电阻元件和电源，连接反相加法电路如图
3.39。

（3）由“虚短”可知，U +=U −=0；由“虚断”可知，
V O−U −R F
=
U −−V i1R 1
+
U −−V i2R 2
；由以
上两式可得：V O =−(R
F R 1
V i1+R
F R 2
V i2)。

调整输入电压信号Vi1和的数值，利用电压表测量放
大电路输出端电压，将结果填入表3-6-3。

W
图3.39反相加法电路
表3-6-3
4.积分电路
利用函数发生器生成方波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V），通过电路将波形变为三角波。

在输出端利用示波器观察输出波形。

5.过零电压比较电路
（1）用鼠标左键点击模拟元件钮，弹出选择元件对话框，选择OPAMP系列的741运算放大器，确定后将器件添加在工作区。

（2）用鼠标点击按钮，弹出二极管类器件对话框，选择ZENER系列中的1z6.2，确定后添加到工作区。

图3.40 选择稳压管
（3）添加电阻元件和信号发生器，连接过零比较电路如图3.39所示。

打开直流开关，用万用表测量Ui悬空时的Uo电压。

（4）设置信号发生器从Ui输入500Hz，峰值为2V的正弦信号，关闭开关，用双踪示波器观察Ui—Uo波形并记录下来。

图3.41 过零比较电路
图3.42 信号发生器的设置
四、思考题
1.什么是“虚断”和“虚短”？
2.在反相求和运算电路中，如果Ui1是幅值为1V的交流正弦电压，而Ui2为1V的直流电压，那么输出电压Uo波形会如何？。