2模四

实验四 模拟运算电路

一、实验目的

1、深刻理解运算放大器的“虚短”、“虚断”的概念。熟悉运放在信号放大和模拟运算方面的应用；

2、掌握反相比例运算电路、同相比例运算电路、加法和减法运算及单电源交流放大等电路的设计方法；

3、学会测试上述各运算电路的工作波形及电压传输特性。

二、实验仪器与器材

示波器、直流稳压源、函数发生器、交流毫伏表、模拟电路实验箱、万用表、µA741运算放大器等。

三、实验内容

用运算放大器µA741完成下面的设计题目。

µA741的外观和引脚图如图4-1。本次实验中µA741的工作电压为±15V 。引脚说明： 2――反相输入端； 3――同相输入端； 4――负电源； 6――输出端； 7――正电源；

1、设计反相放大器

设计一反相放大器，满足关系式V f A

＝－10（原理图：书71页图2-4-1，已知Ω=10K R 1，其它电阻值自取）。

(1) 在输入接地的情况下，进行调零。调零电路见图2-4-8。

(2) 输入直流信号i U 分别为0.5V 、0.2V 、－0.2V 、－0.5V ，用万用表测量对应于不同i U 的U o 值填入

表4-1，计算V f A

且与理论值比较。

1

2345

67

8

µ A 741U _

U +

-U C C

+U C C

U 图4-1 µA741外观和引脚图

(3)输入1KHz 的正弦信号，在输入不失真的情况下（建议i U ＝0.2V ），测量O U 、H f 、L f ，计算Vf A 及BW 。（选做）

BW 测试方法：给入1KHz 的正弦信号，调节输入电压使得输出波形不失真（如i U ＝0.2V ），调整示波器的“W Div ”及其微调旋钮使显示的O U 波形高度正好为5格。保持输入信号i U 大小不变（由交流毫伏表监视），分别将信号源频率向高频及低频调节，O U 波形的幅度将会随频率的变化而逐渐减小，当在频率的高端及低端波形幅度下降到最大幅度的0.7倍时，所对应的信号源的频率就是被测放大器的上限截止频率H f 及下限截止频率L f 。 2、设计加法器

设计一加法器，满足O i1i 2U (U U )=-+，原理图2-4-4,Ω===10K R R R F 21。选取两组直流信号电压，测量相应的O U 值，填入表4-2中，并与理论值进行比较。

表4-2

3、设计减法器

设计一减法器，满足O i1i 2U 10(U U )=--，原理图2-4-5,Ω==Ω==100K R R ,10K R R F 321。选取两组直流信号电压，测量相应的O U 值，填入表4-3中，并与理论值进行比较。

表4-3

4、设计单电源交流放大器（本科要求完成，杏林不作要求）

设计一个单电源交流放大器，要求V f A

＝－4，原理图2-4-6,F R 为可调电阻，调节其值为40K Ω。 (1) 输入1KHz ，且i U ＝0.5V 的正弦信号，观察输入输出波形并记录波形（标出峰峰值或计算出有效值）。

(2) 测量输出电压有效值，验证是否满足V f A

＝－4。

(3) 改变信号频率，测量H f 、L f ，并确定放大器的带宽BW 。 5、设计电路满足O i1i 2U 2U 3U =-+。（选做）

(1)i1U 接入1KHz ，有效值1V 的方波信号，i 2U 接入5KHz ，有效值0.1V 的方波信号，用示波器观察输出电压O U 的波形，在同一个坐标系中记录输入输出波形图。 (2)将波形与理论波形比较。

五、预习要求

1、复习集成运放有关模拟运算应用方面的内容，弄清各电路的工作原理。

2、根据实验内容设计实验电路，并选择相应的器件参数。

3、写出每个实验的步骤、所用仪器，画出表格待填。

4、在预习报告中计算好有关内容的理论数据，便于在实测中进行比较。

5、回答所有思考题。

六、实验报告要求

1、写出所做实验电路的目的、仪器、原理、实验步骤，画出设计，并标注元件参数值。

2、整理实验数据，并在同一个坐标系中画出相应的输入、输出波形。

3、对实验数据进行分析，并与理论数据进行比较、分析。

4、回答所有思考题。

七、思考题

1、理想运算放大器具有哪些特点？

2、单电源运放用来放大交流信号时，电路结构上应满足哪些要求？若改用单一负电源供电，电路应作如何改动？

3、运放用作模拟运算电路时，“虚短”、“虚断”能永远满足吗？试问：在什么条件下“虚短”、“虚断”将不再存在？