1_集成运放组成的基本运算电路
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
R2 vO vS (1 e t / 2 ) , 2 R2C R1
若 t <<τ2 ，有： 1 e t / 2 t / 2 ✓ 若 vS
vS R2 vS vO t t 为常数，则： R1 2 R1C
✓ 若 vS 为方波，且其高电平时间 <<τ2 ，则输出为三角波； 方波周期愈小，三角波线性度愈好，但幅度减小。
自选实验参考（电压传输特性）
同相比例运算电路
Rf 100K
R1 10K +15V － ＋ A
2. 用示波器观察: 表征输入输出的关系曲线 即Vo = f (Vs) 称为电压传输特性。
vO
-15V
υS
R′ 10K
Rf v S v O 1 R 1
电压传输特性： 即输入输出成比例关系。但输出 信号的大小受放大电路的最大输出幅 度的限制，因此输入输出只在一定范 围内是保持线性关系的。表征输入输 出的关系曲线即 Vo = f (Vs) 称为电 压传输特性，可用示波器加以观察。
Rf Rf vO v v R S1 R S 2 2 1
υO
A
为了消除平均偏置电 流及其漂移造成运算误差， 须在同相端接入平衡电阻 R’，其值应与反相端的外 接等效电阻尽量相等，即 要求 R’= Rl//R2//RF。
实验电路图
电压并联负反馈
实验注意及记录： 1.首先应进行静态测试，当零输入时输出近似为零(失调电压)。 2.输入信号可以是直流，也可是正弦，方波或三角波信号。但在选取信号的频 率和幅度时，应考虑运放的频响和输出幅度的限制。 3.记录实验数据或波形。（测量工具 ... ，监视输入输出波形 ... ，与理论值对 照 ...）
可以测试哪些内容？
注意：示波器输入耦合选择DC！
用积分电路将方波转换为三角波实验参考
0.01μF（本教材 ） 或 0.47μ替代 或 0.33μ替代 或 0.22μ替代 或1μF 替代 或 0.47μ+0.33μ+0.22μ替代 均可！ C
R2 100K
方波转换成三角波电路(VS为交流信号，如±1V，则计算时，VS为1V计算。）
2. 实现单一信号同相比例运算
RF 100K +15V
RF v0 (1 )vs R1
vO
R1 10K υS R′ 10K 实验电路图
－
A ＋ -15V 电压串联负反馈 (跟随器)
同相比例运算的特点是输入电 阻比较大。电阻R'同样是为了 消除偏置电流的影响，故要求 R'= Rl//RF。
实验注意及记录： 1.与反相加法运算实验相同 2.集成运放的电压传输特性是在直流或低频条件下的 输入输出关系。 实验步骤： 1.测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。 2.测出电压传输特性 vo= f (vs) ，并记录曲线。
＋
+15V
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.2V vO
A
-15V
0V 0V U¯Om ( 设为–15V )
vO(t) = －1/R1C ·0 vS(t) dt
t
t1 1 15V 0.2Vdt 3 6 0 100 10 Ω 110 F
t1 7.5s
实验报告
1、P323-324－--五、实验报告
实验注意： 与反相加法运算实验相同;VS1和VS2取值范围？ 实验步骤： 测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。
4.波形转换—方波转换成三角波的仿真电路
Vpulse
实验仿真电路图
脉冲源模型参数
❖ 实验说明（积分电路：波形转换）
✓ 右图所示电路。 （R2 ：抑制由失调造成的积分漂移，稳定输出） （R ：平衡电阻） ✓ 运算关系：
S
K2 C
0.47μF
K1
R2 1M R1 100k R′ 100k －
＋ A -15V
vs t 1 t v dt S R1C 0 R1C
+15V
vO
K2 ：提供电容放电回路、控制积分起始点。 （闭合 K2，电容初始电压为零） （打开 K2 ，开始积分运算）
vO
积分电路的输出轨迹的实验步骤与结果记录
实验准备（电源）
✓ 采用什么电源？ ✓ 电源操作步骤： （1）检查电源的开路输出电压； （2）断电，连线； （3）检查电源输出端与电路的电源端之间， 是否连接正常，短路/断路？ （4）通电，观察。
1. 实现两个信号的反相加法运算
RF R1 10K υS1 υS2 R2 10K ＋ R′ 4.7K(或5.1K) -15V 100K － +15V
1) 接入电阻R2，检查零输入时电路零输出。
2) 断开R2 ，加入1V直流输入（实验箱直流信号源调节） ；合上K2，将 电容C放电。
3) 将示波器按钮置于适当位置: ① Ｙ轴输入耦合选用“DC”； ② 将光迹移至屏幕上方； ③ X轴扫描速率足够慢； ④ 触发方式采用“边沿、自动”。
4) 最后将K2打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。
2、画出各实验线路图，整理实验数据及结果，总结集成运算放 大电路的各种运算功能。 3、思考题 （1）什么是集成运算放大器的电压传输特性？输入方式的改变 将如何影响电压传输特性？ （2）集成运算放大器的输入输出成线性关系，输出电压将会无 限增大，这话对吗？为什么？ （3）实验中信号的频率不一样是否对实验的结果有影响 ？ （4）基本运算电路，没有输入信号，输出端电压接近饱和，为 什么？怎样处理？
基本运算电路设计(P320)
浙江大学电工电子教学中心
实验目的
• 掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路； • 掌握集成运算放大电路的三种输入方式。 • 了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题； • 理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各
项性能指标的影响；
• 学会用集成运算放大器实现波形变换
5) 画图记录光点随时间的移动轨迹。
（示波器的：触发方式、耦合方式、垂直灵敏度、扫描灵敏度 ...）
积分电路的输出轨迹的自选实验参考
积分运算电路
K2 C 1μF K1
将实验数据及波形填入下述表格中： vS 波形
直流 输入
vO 波形
vO 峰峰值
0.2V vS
R1 100K R′ 100K
R2 1M －
vS R1 10K
R′ =R1//R2
－ A ＋
+15V
vO
-15V
vS R2 vS vO t t R1 2 R1C
10K
5. 查看积分电路的输出轨迹（选做）
初始时，闭合 K1，打开 K2 ； （利用 R2 的负反馈，作静态调试） 静态调试完成后，打开 K1 ； （避免因 R2 造成的积分误差） （依旧闭合 K1 可以吗？） 闭合 K2 ，加入合适的输入信号 vS ； 打开 K2 ，用示波器观察 vO 随时间 的变化轨迹。 v
3. 实现两个信号的减法(差分)运算
RF 100K vS1 vS2 R1 10K － +15V
RF RF vo vs 2 vs1 R2 R1
vO
A
＋ R2 10K R3 100K -15V
实验电路图
1.差分放大电路即减法器 2.为了消除输入偏置电流 以及输入共模成分的影响， 要求R1=R2、RF=R3。
参考实验内容
（注意：频率要低，且示波器输入耦合一般选择DC！）
1. 实现两个信号的反相加法运算 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值
2. 实现单一信号同相比例运算
输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值，测量闭环传输 特性：Vo = f (Vs) 3. 实现两个信号的减法(差分)运算 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值 4. 波形转换—方波转换成三角波（验收） 设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C
实验步骤（积分电路：波形转换）
✓ 若 vS
vS vO t 为常数，则： R1C
✓ 若 vS 为方波，则输出为三角波； 方波周期愈小，三角波线性度愈好，但幅度减小。 ✓ 选取合适的元件参数； 检查电路、电源、连接线等； 静态调试（保证零输入时对应零输出）； 加入合适的输入信号； 记录实验波形。 （调整 R2C，或调整输入信号频率/幅值） （测量工具 ... ，监视输入输出波形 ... ，与理论值对照 ...） 如果不对， 怎么办？
❖ 任务小结
✓单端双信号输入方式（同相/反相加法）
✓单端单信号输入方式 （同相/反相、静态调试、电压传输特性曲线）
✓ 双端双信号输入方式（减法器） ✓ 积分电路应用（方波 ~ 三角波） 验收：积分电路； 显示：在示波器上双踪显示稳定、合适的方波、三角波信号； 分析：器件/信号参数的变化对输出波形的影响。 ✓ 选做--积分电路
✓ 有两种输出状态：线性放大和饱和输出。输出信号的大小受集成运放 的最大输出电压幅度的限制，因此输出与输入只在一定范围内是保持线 性关系的。 ✓ 必须引入负反馈，才能确保工作在线性放大区，从而实现各种模拟运 算电路；
注意用示波器监视运算电路的输入输出电压波形。
❖ 实验准备
✓ 运放：LM358
✓ 实验箱
实验报告
（4）在积分运算电路中，当选择Vs＝0.2V时，若用示波器观察υo（t）的变 化轨迹，并假定扫速开关置于“1s/div”，Y轴灵敏度开关置于“2V/div”， 光点一开始位于屏幕左上角，当开关S2由闭合转为打开后，电容即被充电。 试分析并画出Vo随时间变化的轨迹。若采用电解电容时，电解电容的正负 极该如何接？ （5）为防止出现自激振荡和饱和失真，应用什么仪器监视输出电压波形。 （6）在基本运算电路中，当输入信号为正弦波、方波或直流信号等不同形式 时，应分别选择什么仪器来测量其什么方式幅度？ （7）实验中，若测得运放静态输出电压为+14V（或不为0），其根本原因是 什么？应如何进一步调试 （8）同相比例放大电路的上限频率测量？ （9）集成运放在实际应用中必须是0输入0输出的静态工作点吗？ （10）集成运放的输入电压最大可以是多少？ （11）集成运放的输出电压最大可以是多少？跟什么有关系？
下次实验
集成运算放大器的指标测试
在Tp<<τ、Tp ≈τ 、Tp>>τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出 和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。
5.查看积分电路的输出轨迹（选做）
❖ 实验背景知识
✓ 集成运算放大器，简称集成运放。
✓ 是一种高增益的直流放大器，有：两个输入端，一个输出端。
Rid→∞
Rod→0
Aod→∞ 虚短
✓ 根据输入电路的不同，有：同相、反相和差动输入三种方式； 虚断 输入信号采用交流或直流均可，要求频率/幅值合适；fL? 调试运算电路时，应先进行静态调试； （输入端接地，测量并调整电路的输出，使之近似为零输出？电源对 称？）
若 t <<τ2 ，有： 1 e t / 2 t / 2 ✓ 若 vS
vS R2 vS vO t t 为常数，则： R1 2 R1C
✓ 若 vS 为方波，且其高电平时间 <<τ2 ，则输出为三角波； 方波周期愈小，三角波线性度愈好，但幅度减小。
自选实验参考（电压传输特性）
同相比例运算电路
Rf 100K
R1 10K +15V － ＋ A
2. 用示波器观察: 表征输入输出的关系曲线 即Vo = f (Vs) 称为电压传输特性。
vO
-15V
υS
R′ 10K
Rf v S v O 1 R 1
电压传输特性： 即输入输出成比例关系。但输出 信号的大小受放大电路的最大输出幅 度的限制，因此输入输出只在一定范 围内是保持线性关系的。表征输入输 出的关系曲线即 Vo = f (Vs) 称为电 压传输特性，可用示波器加以观察。
Rf Rf vO v v R S1 R S 2 2 1
υO
A
为了消除平均偏置电 流及其漂移造成运算误差， 须在同相端接入平衡电阻 R’，其值应与反相端的外 接等效电阻尽量相等，即 要求 R’= Rl//R2//RF。
实验电路图
电压并联负反馈
实验注意及记录： 1.首先应进行静态测试，当零输入时输出近似为零(失调电压)。 2.输入信号可以是直流，也可是正弦，方波或三角波信号。但在选取信号的频 率和幅度时，应考虑运放的频响和输出幅度的限制。 3.记录实验数据或波形。（测量工具 ... ，监视输入输出波形 ... ，与理论值对 照 ...）
可以测试哪些内容？
注意：示波器输入耦合选择DC！
用积分电路将方波转换为三角波实验参考
0.01μF（本教材 ） 或 0.47μ替代 或 0.33μ替代 或 0.22μ替代 或1μF 替代 或 0.47μ+0.33μ+0.22μ替代 均可！ C
R2 100K
方波转换成三角波电路(VS为交流信号，如±1V，则计算时，VS为1V计算。）
2. 实现单一信号同相比例运算
RF 100K +15V
RF v0 (1 )vs R1
vO
R1 10K υS R′ 10K 实验电路图
－
A ＋ -15V 电压串联负反馈 (跟随器)
同相比例运算的特点是输入电 阻比较大。电阻R'同样是为了 消除偏置电流的影响，故要求 R'= Rl//RF。
实验注意及记录： 1.与反相加法运算实验相同 2.集成运放的电压传输特性是在直流或低频条件下的 输入输出关系。 实验步骤： 1.测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。 2.测出电压传输特性 vo= f (vs) ，并记录曲线。
＋
+15V
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.2V vO
A
-15V
0V 0V U¯Om ( 设为–15V )
vO(t) = －1/R1C ·0 vS(t) dt
t
t1 1 15V 0.2Vdt 3 6 0 100 10 Ω 110 F
t1 7.5s
实验报告
1、P323-324－--五、实验报告
实验注意： 与反相加法运算实验相同;VS1和VS2取值范围？ 实验步骤： 测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。
4.波形转换—方波转换成三角波的仿真电路
Vpulse
实验仿真电路图
脉冲源模型参数
❖ 实验说明（积分电路：波形转换）
✓ 右图所示电路。 （R2 ：抑制由失调造成的积分漂移，稳定输出） （R ：平衡电阻） ✓ 运算关系：
S
K2 C
0.47μF
K1
R2 1M R1 100k R′ 100k －
＋ A -15V
vs t 1 t v dt S R1C 0 R1C
+15V
vO
K2 ：提供电容放电回路、控制积分起始点。 （闭合 K2，电容初始电压为零） （打开 K2 ，开始积分运算）
vO
积分电路的输出轨迹的实验步骤与结果记录
实验准备（电源）
✓ 采用什么电源？ ✓ 电源操作步骤： （1）检查电源的开路输出电压； （2）断电，连线； （3）检查电源输出端与电路的电源端之间， 是否连接正常，短路/断路？ （4）通电，观察。
1. 实现两个信号的反相加法运算
RF R1 10K υS1 υS2 R2 10K ＋ R′ 4.7K(或5.1K) -15V 100K － +15V
1) 接入电阻R2，检查零输入时电路零输出。
2) 断开R2 ，加入1V直流输入（实验箱直流信号源调节） ；合上K2，将 电容C放电。
3) 将示波器按钮置于适当位置: ① Ｙ轴输入耦合选用“DC”； ② 将光迹移至屏幕上方； ③ X轴扫描速率足够慢； ④ 触发方式采用“边沿、自动”。
4) 最后将K2打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。
2、画出各实验线路图，整理实验数据及结果，总结集成运算放 大电路的各种运算功能。 3、思考题 （1）什么是集成运算放大器的电压传输特性？输入方式的改变 将如何影响电压传输特性？ （2）集成运算放大器的输入输出成线性关系，输出电压将会无 限增大，这话对吗？为什么？ （3）实验中信号的频率不一样是否对实验的结果有影响 ？ （4）基本运算电路，没有输入信号，输出端电压接近饱和，为 什么？怎样处理？
基本运算电路设计(P320)
浙江大学电工电子教学中心
实验目的
• 掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路； • 掌握集成运算放大电路的三种输入方式。 • 了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题； • 理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各
项性能指标的影响；
• 学会用集成运算放大器实现波形变换
5) 画图记录光点随时间的移动轨迹。
（示波器的：触发方式、耦合方式、垂直灵敏度、扫描灵敏度 ...）
积分电路的输出轨迹的自选实验参考
积分运算电路
K2 C 1μF K1
将实验数据及波形填入下述表格中： vS 波形
直流 输入
vO 波形
vO 峰峰值
0.2V vS
R1 100K R′ 100K
R2 1M －
vS R1 10K
R′ =R1//R2
－ A ＋
+15V
vO
-15V
vS R2 vS vO t t R1 2 R1C
10K
5. 查看积分电路的输出轨迹（选做）
初始时，闭合 K1，打开 K2 ； （利用 R2 的负反馈，作静态调试） 静态调试完成后，打开 K1 ； （避免因 R2 造成的积分误差） （依旧闭合 K1 可以吗？） 闭合 K2 ，加入合适的输入信号 vS ； 打开 K2 ，用示波器观察 vO 随时间 的变化轨迹。 v
3. 实现两个信号的减法(差分)运算
RF 100K vS1 vS2 R1 10K － +15V
RF RF vo vs 2 vs1 R2 R1
vO
A
＋ R2 10K R3 100K -15V
实验电路图
1.差分放大电路即减法器 2.为了消除输入偏置电流 以及输入共模成分的影响， 要求R1=R2、RF=R3。
参考实验内容
（注意：频率要低，且示波器输入耦合一般选择DC！）
1. 实现两个信号的反相加法运算 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值
2. 实现单一信号同相比例运算
输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值，测量闭环传输 特性：Vo = f (Vs) 3. 实现两个信号的减法(差分)运算 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，测量有效值 4. 波形转换—方波转换成三角波（验收） 设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C
实验步骤（积分电路：波形转换）
✓ 若 vS
vS vO t 为常数，则： R1C
✓ 若 vS 为方波，则输出为三角波； 方波周期愈小，三角波线性度愈好，但幅度减小。 ✓ 选取合适的元件参数； 检查电路、电源、连接线等； 静态调试（保证零输入时对应零输出）； 加入合适的输入信号； 记录实验波形。 （调整 R2C，或调整输入信号频率/幅值） （测量工具 ... ，监视输入输出波形 ... ，与理论值对照 ...） 如果不对， 怎么办？
❖ 任务小结
✓单端双信号输入方式（同相/反相加法）
✓单端单信号输入方式 （同相/反相、静态调试、电压传输特性曲线）
✓ 双端双信号输入方式（减法器） ✓ 积分电路应用（方波 ~ 三角波） 验收：积分电路； 显示：在示波器上双踪显示稳定、合适的方波、三角波信号； 分析：器件/信号参数的变化对输出波形的影响。 ✓ 选做--积分电路
✓ 有两种输出状态：线性放大和饱和输出。输出信号的大小受集成运放 的最大输出电压幅度的限制，因此输出与输入只在一定范围内是保持线 性关系的。 ✓ 必须引入负反馈，才能确保工作在线性放大区，从而实现各种模拟运 算电路；
注意用示波器监视运算电路的输入输出电压波形。
❖ 实验准备
✓ 运放：LM358
✓ 实验箱
实验报告
（4）在积分运算电路中，当选择Vs＝0.2V时，若用示波器观察υo（t）的变 化轨迹，并假定扫速开关置于“1s/div”，Y轴灵敏度开关置于“2V/div”， 光点一开始位于屏幕左上角，当开关S2由闭合转为打开后，电容即被充电。 试分析并画出Vo随时间变化的轨迹。若采用电解电容时，电解电容的正负 极该如何接？ （5）为防止出现自激振荡和饱和失真，应用什么仪器监视输出电压波形。 （6）在基本运算电路中，当输入信号为正弦波、方波或直流信号等不同形式 时，应分别选择什么仪器来测量其什么方式幅度？ （7）实验中，若测得运放静态输出电压为+14V（或不为0），其根本原因是 什么？应如何进一步调试 （8）同相比例放大电路的上限频率测量？ （9）集成运放在实际应用中必须是0输入0输出的静态工作点吗？ （10）集成运放的输入电压最大可以是多少？ （11）集成运放的输出电压最大可以是多少？跟什么有关系？
下次实验
集成运算放大器的指标测试
在Tp<<τ、Tp ≈τ 、Tp>>τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出 和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。
5.查看积分电路的输出轨迹（选做）
❖ 实验背景知识
✓ 集成运算放大器，简称集成运放。
✓ 是一种高增益的直流放大器，有：两个输入端，一个输出端。
Rid→∞
Rod→0
Aod→∞ 虚短
✓ 根据输入电路的不同，有：同相、反相和差动输入三种方式； 虚断 输入信号采用交流或直流均可，要求频率/幅值合适；fL? 调试运算电路时，应先进行静态调试； （输入端接地，测量并调整电路的输出，使之近似为零输出？电源对 称？）