实验六 集成运算放大器的应用模拟运算
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 (模拟运算电路)实训指导
(特别提醒:实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同,实验时应以实验电路板中的为准。另外,由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致,实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。有的元器件虽然已经坏了,但仅凭肉眼看不出来。因此,在每次实验前,应该先对元器件(尤其是电阻、电容、三极管)进行单个元件的测量(注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量)。并记下元器件的实际数值。否则,实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。)
一.实验目的
1.研究由集成运放组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二.实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路。 1)反相比例运算电路
电路如图8—1所示。对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
i F O U R R
U 1-=
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U O
O
U U
图8—1 图8—2
2)反相加法电路
电路如图8—2,输出电压与输入电压之间的关系为
)(2211i F i F O U R R
U R R U +-=
R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路
电工电子技术课程实验大纲
河南工程学院
本科《电工电子技术》课程实验教学大纲
课程名称:(中文):电工电子技术
(英文):Electrical and Electronic Technology
课程编码:032220061
适用专业:化学工程与工艺、高分子材料与工程、非织造材料与工程、纺织工程(卓越计划)、纺织工程
课程学时数:64 ;实验学时 16 ;课程学分: 4 ;
编写人:宋雪洁;审定人:丁立中
一、实验目的
电子技术实验是高校非电专业学生进行科学实验的一门技术基础课程,实验课应与理论课内容相配合,实验是理论教学的深化和补充,具有较强的实践性,是非电专业的学生接收系统实验方法和实验技能训练,培养科学实验能力的开端。学生通过实验,了解电子元器件、掌握一定的电子线路,学会使用常用的仪器仪表,掌握电子技术基本的测量技术及基本调试方法,学生通过实际操作,培养独立思考、独立分析和独立实验的能力。
二、实验项目
三、实验内容与要求
实验一:常用电工仪器设备及其使用
1.实验目的
学习常用电工仪器设备的使用方法
2.实验内容
(1)电阻测量。
(2)交流电压的测量。
(3)直流电压的测量。
(4)直流电流的测量。
(5)低频信号发生器的使用。
3.实验要求
(1)根据实验测试记录相应数据。
(2)分析用伏安法测量电阻时产生误差的原因。
(3)总结低频信号发生器输出信号的频率及幅度的调节方法。
(4)总结直流稳压电源输出电压的调节方法。
4.主要仪器设备及材料
GDS-2型高级电工实验装置,低频信号发生器,万用表
实验二:基尔霍夫定律及叠加原理
1.实验目的
(1)验证基尔霍夫电压、电流定律。
《模拟电子技术》教案
《模拟电子技术》教案
第一章:绪论
1.1 课程介绍
了解模拟电子技术的基本概念、特点和应用领域。
理解模拟电子技术与其他相关技术(如数字电子技术、通信技术等)的关系。
1.2 模拟电子技术的基本概念
学习模拟信号、模拟电路、模拟电子系统的定义和特点。
理解模拟电子技术中的重要参数和概念,如电压、电流、电阻、电容等。1.3 模拟电子技术的应用领域
了解模拟电子技术在各个领域的应用,如音频处理、信号处理、功率放大等。学习模拟电子技术在现代科技发展中的重要性。
第二章:模拟电路基础
2.1 电路元件
学习常见电路元件的性质和功能,如电阻、电容、电感等。
掌握电路元件的符号表示和单位。
2.2 基本电路分析方法
学习基尔霍夫定律、欧姆定律等基本电路分析方法。
掌握节点电压法、回路电流法等电路分析技巧。
2.3 电路仿真实验
利用电路仿真软件进行基本电路分析和设计。
培养学生的实际操作能力和实验技能。
第三章:放大电路
3.1 放大电路的基本原理
学习放大电路的作用和分类,如电压放大器、电流放大器等。理解放大电路的基本组成和原理。
3.2 晶体管放大电路
学习晶体管的特性和工作原理。
掌握晶体管放大电路的分析和设计方法。
3.3 反馈放大电路
学习反馈放大电路的作用和分类,如正反馈、负反馈等。
掌握反馈放大电路的分析和设计方法。
第四章:模拟信号处理
4.1 滤波器
学习滤波器的作用和分类,如低通滤波器、高通滤波器等。
掌握滤波器的分析和设计方法。
4.2 振荡器
学习振荡器的作用和分类,如正弦振荡器、方波振荡器等。
掌握振荡器的分析和设计方法。
4.3 调制与解调
集成运算放大器的基本应用(电压比较器)实训指导
集成运算放大器的基本应用(电压比较器)实训指导
(特别提醒:实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同,实验时应以实验电路板中的为准。另外,由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致,实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。有的元器件虽然已经坏了,但仅凭肉眼看不出来。因此,在每次实验前,应该先对元器件(尤其是电阻、电容、三极管)进行单个元件的测量(注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量)。并记下元器件的实际数值。否则,实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。)
一.实验目的
1.掌握电压比较器的电路构成及特点。
2.学会测试比较器的方法。
二.实验原理
电压比较器是集成运放非线性应用电路,它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较,在二者幅度相等的附近,输出电压将产生跃变,相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。
图11—l所示为一最简单的电压比较器,U R 为参考电压,加在运放的同相输入端,输入电压U i加在反相输人端。
(a)电路图(b)传输特性
图11—1电压比较器
当U i<U R时,运放输出高电平,稳压管D z反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压U x,即U0=U z 。当U i>U R时,运放输出低电平,D z正向导通,输出电压等于稳压管的正向压降U0,即U0=-U D 。因此,以U R为界,当输入电压U i变化时,输出端反映出两种状态。高电位电位和低电位。
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线,称为传输特性。图11-1(b)为(a)图比较器的传输特性。
运算放大器的应用实验报告
运算放大器的应用实验报告
仪用运算放大器及其应用实验报告
实验报告
课程名称:电路与模拟电子技术实验指导老师:张冶沁成绩:__________________ 实验名称:仪用运算放大器及其应用实验类型:电路实验同组学生姓名:__________ 一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.了解仪表放大器与运算放大器的性能区别;2.掌握仪表放大器的电路结构及设计方法;3.掌握仪表放大器的测试方法; 4.学习仪表放大器在电子设计中的应用。
二、实验内容和原理
1.用通用运算放大器设计一个仪表放大器(用LM358芯片)2.用INA128 精密低功耗仪器放大器设计一个仪表放大器
仪表放大器是一种高增益放大器,其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点。仪表放大器采用运算放大器构成,但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定;而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络,因此具有很高的共模抑制比KCMR,
在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成,也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。
三、主要仪器设备
LM358芯片
INA128 精密低功耗仪器放大器
模电实验 摸拟运算电路
模拟运算电路
一、实验目的
1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1、理想运算放大器特性
在大多数情况下,将运放视为理想运放,就是将运放的各项技术指标理想化,满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 A ud =∞ 输入阻抗 r i =∞ 输出阻抗 r o =0 带宽 f BW =∞ 2、失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性:
(1)输出电压U O 与输入电压之间满足关系式
U O =A ud (U +-U -)
由于A ud =∞,而U O 为有限值,因此,U +-U -≈0。即U +≈U -,称为“虚短”。
(2)由于r i =∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB =0,称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。 3、基本运算电路 1) 反相比例运算电路
电路如图7-1所示。对于理想运放, 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
(2-1) 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1 / R F 。
图2-1 反相比例运算电路 图2-2 反相加法运算电路
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运算电路
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运
算电路
重庆科技学院
设计性实验报告
学院:_电气与信息工程学院_ 专业班级: 自动化1102
学生姓名: 罗讯学号: 2011441657
实验名称: 集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路
完成日期:2013年 6月 20 日
重庆科技学院学生实验报告
集成运算放大器的基本应用——课程名称模拟电子技术实验项目名称
模拟运算电路开课学院及实验室实验日期学生姓名罗讯学号 2011441657 专业班级自动化1102 指导教师实验成绩
实验六集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路一、实验目的
1、研究有集成运算放大器组成的比例、加法和减法等基本运算电路的功能
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的有些问题
二、实验仪器
1、双踪示波器;
2、数字万用表;
3、信号发生器
三、实验原理
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法的模拟运算电路。
1) 反相比例运算电路
电路如图6-1所示。对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
为减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻
//。
RF 100k
1 5 4 R1 10k
2 Ui 6 Uo
3 U1 R2 9.1k 7
图6-1 反相比例运算电路
2) 反相加法电路
电路如图6-2所示,输出电压与输入电压之间的关系为:
////
RF 100k
R1 10k Ui1 4 1 5 R2 20k 2 Ui2 6 Uo 3 U1 R3 6.2k 7
图6-2 反相加法运算电路
3) 同相比例运算电路
图6-3(a)是同相比例运算电路。
基于Mulitisim的集成运算放大器应用电路仿真
电子课程实验报告题目:基于Mulitisim的集成运算放大器应用电路仿真
设计目的
1、集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负
反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系,在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。
2、本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序,通过输
入不同类型与幅度的波形信号,测量输出波形信号对电路进行验证,并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计,并最终实现PC板图形式。
二、电路的理论知识
1.反相放大器
图1中所示的电路是最常见的运放电路,它显示出了如何在牺牲增益的条件下获得稳定,线性的放大器。标号为R f的反馈电阻用于将输出信号反馈作用于输入端,反馈电阻连接到负输入端表示电路为负反馈连接。输入电压V1通过输入电阻R1产生了一个输入电路i1。电压差△V加载在+、—输入端之间,放大器的正输入端接地。
图1
利用回路公式计算传输特性:
输入回路:
V R i V ∆+=111 (2)
反馈回路:
V R i V f f out ∆+-= (3)
求和节点
in f i i i +-=1 (4)
增益公式:
V A V out ƥ-= (5)
由以上4个式子可以得到输出:
Z R V Z i V in out /)/(/11-= (6)
式中,闭环阻抗Z=1/R f +1/AR f +1/R f 。
反馈电阻和输入电阻通常都较大)(Ωk 级,并且A 很大(大于100000),因此Z=1/R f 。更进一步,△V 通常很小(几微伏)且放大器的输入阻抗Z in 很大(大约ΩM 10),那么输入输入电流(I in =△V/Z in )非常小,可以认为为零。则传输曲线变为:
集成运算放大器的基本应用实验报告
集成运算放大器的基本应用实验报告
一、实验目的。
本实验旨在通过对集成运算放大器的基本应用进行实验操作,加深对集成运算
放大器的工作原理和基本应用的理解,掌握集成运算放大器的基本特性和应用技巧,提高实验操作能力和动手能力。
二、实验仪器与设备。
1. 集成运算放大器实验箱。
2. 示波器。
3. 直流稳压电源。
4. 电阻、电容等元器件。
5. 万用表。
6. 示波器探头。
三、实验原理。
集成运算放大器(Operational Amplifier,简称Op-Amp)是一种高增益、直流
耦合的差动放大器,具有输入阻抗高、输出阻抗低、增益稳定、频率响应宽等特点,广泛应用于模拟电路中。在本实验中,我们将学习集成运算放大器的基本特性和应用技巧,包括集成运算放大器的基本参数、基本电路和基本应用。
四、实验内容。
1. 集成运算放大器的基本参数测量。
a. 输入失调电压的测量。
c. 增益带宽积的测量。
2. 集成运算放大器的基本电路实验。
a. 非反相放大电路。
b. 反相放大电路。
c. 比较器电路。
d. 电压跟随器电路。
3. 集成运算放大器的基本应用实验。
a. 信号运算电路。
b. 信号滤波电路。
c. 信号调理电路。
五、实验步骤。
1. 连接实验仪器与设备,按照实验要求进行电路连接。
2. 分别测量集成运算放大器的输入失调电压、输入失调电流和增益带宽积。
3. 搭建集成运算放大器的基本电路,观察输出波形并记录实验数据。
4. 进行集成运算放大器的基本应用实验,观察输出波形并记录实验数据。
六、实验数据与分析。
1. 输入失调电压测量数据。
输入失调电压,0.5mV。
实验六集成运算放大器-电气工程学院
0.3
Vo (V)
20
6.积分运算电路的测量 (1)按图 3-14 组装电路,对运算放大器进行调零。打开 S2,闭合 S1,置输入 电压 Vi=0V,调节 RP,用万用表测量直到 Vo=0V 为止。 (2)调零结束后,在打开 S1,闭合 S2,使 VC(0)=0V。 (3)预先调好频率为 100HZ 的方波信号,从 Vi 接入实验电路,在打开 S2,用 双踪示波器观察输入、输出波形。描绘波形,分析输入、输出波形是否已进行了积 分。 7.微分运算电路的测量 按图 3-15 组装电路,在输入端 Vi 处加入 100HZ 的方波信号,用双踪示波器观 察输入、输出波形之间的关系。改变 Vi 的频率,观察输出 波形如何变化,并分析 电路时间常数与 Vi 脉冲宽度之间的关系。 [注意事项] 1.由于本实验的内容较多,所以在实验前应认真预习,并在原始实验记录单上 按实验内容的要求列出有关表格。 2.组装电路前应特别熟记色环电阻的识别方法。 3.实验中所用的连接线应逐一检查。 4.μA741 各管脚不要接错,特别是正、负电源的极性不要接反,负责会损坏 芯片。 5.在实验中,需给μA741 输入端加直流电压时,不要输入太高,负责,也会 损坏芯片。 [实验报告要求] 1.认真记录、整理实验数据。 2.在描绘波形时,务必在波形图上标明示波器的“V/DIV”和“t/DIV” 档位。 3.原始实验记录单无指导教师签字,不能随意离开实验室。 [思考题] 1.若输入信号与放大器的同相端相连,当输入信号正向增大时,运算放大器的 输出是正还是负? 2.若输入信号与放大器的反相端相连,当输入信号负向增大时,运算放大器的 输出是正还是负? 3.与μA741 电参数相同的单运算放大器还有哪几种型号? 4.μA741 单运算放大器应用十分广泛,试举出在家用电器中实例。
模拟电子技术实验报告
桂林电子科技大学模拟电子技术实验报告
实验一单级放大电路
5、查找三极管9013 资料,在下图中标出9013 的三个引脚(E、B、C),并写出3~5 项你认为重要的参数?
四.实验步骤及注意事项
1. 测量导线、信号线、电源线好坏。
注意事项:使用台式万用表蜂鸣器档测量导线,不测量将可能导致实验失败!
2.检查实验所用的A1 电路板上三极管所在位置的背面是否焊接有三极管。
注意事项:若有则第3、4 步可跳过不做,在表2 中β记为100。
3. 测量三极管9013 的直流放大系数β记录在表2 中。
注意事项:使用UT8803N 台式数字万用表HFE 档位,将三极管插到NPN 一边。
4.将已经测过值的三极管插入A1 电路板对应的三极管插孔中。
注意事项:三极管必须按照正确顺序插入A1 电路板中,不插入或插错将导致实验测量数据全错!
5. 连接电路,接通12V 直流电源,但不接入信号源!
注意事项:(1)单级放大电路的输入端暂时不能接入信号源。(2)检查电路无误后,才能接通电源。
(3)所用的12V 要用万用表测量校准。
6. 设置静态工作点。
注意事项:(1)用台式万用表DCV(直流电压)档位监测UEQ电压变化(电路中三极管发射极
与“地” 之间的电压,万用表黑表笔接“地”)。(2)调节电位器RP 的大小,使得UEQ调到约为1.9V,
不用非常精确。
7.测量静态工作点
注意事项:UBQ、UEQ、UCQ分别表示电路中三极管基极、发射极、集电极与“地”之间的电压,而
“ Q”表示的是“静态”而不是“地”,UBEQ= UBQ- UEQ,UCEQ= UCQ- UEQ。
模电(实验 模拟运算电路)10-11(2)
4
实验 集成运算放大器的基本应用—模拟运算电路 集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路
1、反相比例运算电路(图2) 、反相比例运算电路( ) RF 100k Ui R1 10k R 9.1k +12V + RW 100k 图2 2、反相加法电路(图3) 、反相加法电路( ) -12V Uo Ui2 Ui1 R2 10k RF 100k R1 10k R 6.2k 9.1k +12V + RW 100k 图3 -12V Uo
实验 集成运算放大器的基本应用—模拟运算电路 集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路
五、实验总结 1、整理实验数据。 、整理实验数据。 2、将理论计算结果和实测数据相比较,分析产 、将理论计算结果和实测数据相比较, 生误差的原因。 生误差的原因。 3、分析讨论实验中出现的现象和问题。 、分析讨论实验中出现的现象和问题。 六、预习要求 1、复习集成运放线性应用部分内容,并根据实 、复习集成运放线性应用部分内容, 验电路参数计算各电路输出电压的理论值。 验电路参数计算各电路输出电压的理论值。 2、在反相加法器中,如Ui1和Ui2均采用直流信号, 均采用直流信号, 、在反相加法器中, 并选定U - , 并选定 i2=-1V,当考虑到运算放大器的最大输出幅 的值不应超过多少伏? 度(±12V)时,Ui1的值不应超过多少伏? ) 3、为了不损坏集成块,实验中应注意什么问题? 、为了不损坏集成块 实验中应注意什么问题? 实验中应注意什么问题
集成运算放大器实验报告
集成运算放大器实验报告
2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验
由运放构成的比例、求和电路,实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点,通过调节电路的负反馈深度,实现特定的电路功能。
一、实验目的
1.掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法; 2.掌握各种求和电路的设计方法;
3.熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。 二、实验仪器及备用元器件 (1)实验仪器
(2)实验备用器件
三、电路原理
集成运算放大器,配备很小的几个外接电阻,可以构成各种比例运算电路和求和电路。
图2.4.3(a )示出了典型的反相比例运算电路。依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念,不难求出输出输入电压之间的关系为 1
f o i i R A R υυυυ==-
2.4.1
式中的“-”号说明电路具有倒相的功能,即输出输入的相位相反。当1f R R =时,o i υυ=-,电路成为反相器。合理选择1f R R 、的比值,可以获得不同比例的放大功能。反相比例运算电路的共模输入电压很小,带负载能力很强,不足之处是它的输入电阻为1i R R =,其值不够高。为了保证电路的运算精度,除了设计时要选择高精度运放外,还要选择稳定性好的电阻器,而且电阻的取值既不能太大、也不能太小,一般在几十千欧到几百千欧。为了使
电路的结构对称,运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻,R R +-=,图2.4.3(a )中,应为1//P f R R R =,
电阻称之为平衡电阻。
(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路
实验八集成运算放大器的基本应用(i)
40 模拟电子技术实验
实验八集成运算放大器的基本应用(I)
─模拟运算电路
一、实验目的
1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验设备与器件
三、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1.理想运放的特性
在大多数情况下,运放可被视为理想器件,就是将运放的各项技术指标理想化,理想运放需要满足下列条件:
开环电压增益A ud=∞
输入阻抗r i=∞
输出阻抗r o=0
带宽f BW=∞
失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性:
(1)输出电压U O与输入电压之间满足关系式
U O=A ud(U+-U-)
由于A ud=∞,而U O为有限值,因此,U+-U-≈0。即U+≈U-,称为“虚短”。
(2)由于r i=∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即I IB=0,称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。
2.基本运算电路
(1)反相比例运算电路
实验八 集成运算放大器的基本应用(Ⅰ) 41
电路如图8-1所示。对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
i 1
F O U R R U -
=
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R 2=R 1 // R F 。
defey 实验六 模拟运算电路
实验六 模拟运算电路
教师:吴永辉
河南大学基础实验教学中心
集成运放的电压传输特性
在线性区:uO=Aod(uP-uN), Aod是开环差模放大倍数。 由于Aod高达几十万倍,所以集成运放工作在线性区时的最大 输入电压(uP-uN)的数值仅为几十~一百多μV。当其大于此值时, 集成运放的输出不是+UOM , 就是-UOM ,即集成运放工作在非线 性区。
ui2 ui1 R1 R1
_ + +
RF
uo
uo R1 + ui2 RF = R1 + RF
RLeabharlann Baidu uo (ui1 ui 2 ) R1
μA741管脚说明
调零
uA741是高增益运算放大器,用于军事,工业和 商业应用。 1和5为偏置(调零端),2为反相输入端,3为同 相输入端,4接地,6为输出,7接电源 8空脚 。
“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。
基本运算电路
比例运算电路 加减运算电路
(1) 反相比例运算放大器
虚地点
iF
i-
RF _
+ +
iI ui
uo
i+ =0 u+ =0 u-=u+=0 iI=iF+ i-=iF , i- =0
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实验六 集成运算放大器的应用(一)
模拟运算电路
预习部分
一、实验目的
1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2. 掌握运算放大器的使用方法,了解其在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。本实验采用的集成运放型号为μA741,引脚排列如图2-7-1所示。它是八脚双列直插式组件,②脚和③脚为反相和同相输入端,⑥脚为输出端,⑦脚和④脚为正,负电源端,①脚和⑤脚为失调调零端,①⑤脚之间可接入一只几十K Ω的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1) 反相比例运算电路
电路如图2-7-2所示。对于理想运放, 该电路
的输出电压与输入电压之间的关系为
Uo =-(R F / R 1)Ui
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在
同相输入端应接入平衡电阻
R 2=R 1‖R F 。
2) 反相加法电路
图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路
电路如图2-7-3所示,输出电压与输入电压之间的关系为
F i F
i F O //R //R R R U R R U R R U 2132211
=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-= 图2-7-1 μA741管脚图
3) 同相比例运算电路
图2-7-4(a)是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo =(1+R F / R 1)Ui R 2=R 1 // R F
当R 1→∞时,Uo =Ui ,即得到如图2-7-4(b)所示的电压跟随器。图中R 2=R F ,用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10K Ω,R F 太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器
图2-7-4 同相比例运算电路
4) 差动放大电路(减法器)
对于图2-7-5所示的减法运算电路,当R 1=R 2,R 3=R F 时, 有如下关系式
图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路
反相积分电路如图2-7-6所示。在理想化条件下,输出电压uo 等于
()()01
C t
i O U dt U RC t U +-=⎰ 式中 Uc(o)是t =0时刻电容C 两端的电压值,即初始值。 如果u i (t)是幅值为E 的阶跃电压,并设Uc(o)=0,则
()RC
E
Edt RC t U t
O -=-=⎰01 即输出电压 Uo(t)随时间增长而线性下降。显然R C 的数值越大,达到给定的Uo 值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
()121
i i F
O U U R R U -=
在进行积分运算之前,首先应对运放调零。为了便于调节,将图中K 1闭合,即通过电阻R 2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后,应将K 1打开,以免因R 2的接入造成积分误差。K 2的设置一方面为积分电容放电提供通路,可实现积分电容初始电压Uc(o)=0,另一方面,可控制积分起始点,即在加入信号ui 后, 只要K 2一打开, 电容就将被恒流充电,电路也就开始进行积分运算。
在实验时使用集成运放应考虑的一些问题
1) 输入信号选用交、直流量均可, 但在选取信号的频率和幅度时,应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2) 调零。为提高运算精度,在运算前, 应首先对直流输出电位进行调零,即保证输入为零时,输出也为零。当运放有外接调零端子时,可按组件要求接入调零电位器R W (如μA741、见图2-7-2),调零时,将输入端接地(Ui =0),调零端接入电位器R W ,用直流电压表测量输出电压U 0,细心调节R W ,使U 0为零(即失调电压为零)。如运放没有调零端子,若要调零,可按图2-7-7所示电路进行调零。
图2-7-7 调零电路
一个运放如不能调零,大致有如下原因:① 组件正常,接线有错误。② 组件正常,但负反馈不够强(R F /R 1 太大),为此可将R F 短路,观察是否能调零。③ 组件正常,但由于它所允许的共模输入电压太低, 可能出现自锁现象,因而不能调零。为此可将电源断开后,再重新接通,如能恢复正常,则属于这种情况。④组件正常,但电路有自激现象,应进行消振。⑤组件内部损坏,应更换好的集成块。
3) 消振。一个集成运放自激时,表现为即使输入信号为零, 亦会有输出,使各种运算功能无法实现,严重时还会损坏器件。在实验中,可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激,常采用如下措施
①若运放有相位补偿端子,可利用外接R C 补偿电路,产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF 的电解电容和0.01~0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
三、预习要求
1. 复习集成运放线性应用部分内容,并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。
2.设计一模拟运算电路,满足关系式2132i i o U U U +-=,其中U i1、U i2为直流输入电压。画出电路,标出元件参数。
四、思考题
1. 在反相加法器中,如U i1和U i2均采用直流信号,并选定 U i2=-1V ,当考虑到运
算放大器的最大输出幅度(±12V)时,|U i1|的大小不应超过多少伏?
2.在积分电路中,如R1=100KΩ,C=4.7μF,求时间常数?假设Ui=0.5V,问要使输出电压Uo达到5V,需多长时间(设uc(o)=0)?
3.为了不损坏集成块,实验中应注意什么问题?
实验部分
一、实验设备与器件
二、实验内容
实验前要看清运放组件各管脚的位置;切忌正、负电源极性接反和输出端短路,否则将会损坏集成块。
1.反相比例运算电路
1)调零,按图2-7-2连接实验电路,接通±12V电源,输入端对地短路,调节Rw,使Uo=0V。
2)输入f=100Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号,测量相应的Uo,并用示波器观察uo 和ui的相位关系,记入表2-7-1。
2.同相比例运算电路
1)按图2-7-4(a)连接实验电路。实验步骤同上,将结果记入表2-7-1。
2)电压跟随器实验,将图2-7-4(a)中的R1断开,得图2-7-4(b)电路重复内容1)。
3.加法运算电路
1) 按图2-7-3连接实验电路。调零和消振。
2) 输入信号采用直流信号,用直流电压表测量输入电压U i1、U i2及输出电压Uo,记入表2-7-2。(实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区)