实验一 集成运算放大器基本运算电路

Rf

O

U i 实验一 集成运算放大器基本运算电路

一、实验目的

1、学习集成运算放大器的使用方法。

2、熟悉集成运算放大器组成的基本运算电路。

3、学会集成运放电路的测试方法。 二、实验仪器

１．ADCL-Ⅲ电子技术综合实验箱 ２．DF1641D 函数发生器 ３．V-252日立示波器 ４．DF2172B 交流毫伏表

５．MF50万用表 6． 集成运算放大器应用模块

三、预习内容及思考问题

1、复习集成运算放大器组成比例、加法、减法、积分、微分等基本运算的

电路组成形式及原理。

2、明确集成运算放大器使用时的注意事项。

3、如何在理想条件下，分析各实验电路输入、输出之间运算关系。 四、实验原理说明

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、对数等模拟信号运算电路。 基本运算电路

图7-1 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 的信号电压与输入信号电压

之间的关系为：

其中

1

R R f

为比例系数，“-”号表示输出信号与输

入信号相位相反。

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”

f

R R R //12=

2、反相加法电路

电路如图7-2，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

平衡电阻：

F

213R //R //R R = 图7-2

3、同相比例运算电路

同相比例运算电路图7-3（a ），它的输出电压与输入电压之间的关系为

i f O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛

+=11

其中，⎪

⎪⎭⎫

⎝

⎛+11R R f 为比例系数，Uo 与Ui 同相位。电路中平衡电阻

f

R R R //12=。

若∞→1R ,i

o

U U =,即得到如图7-3（b ）所示的电压跟随器，平衡电阻f R R =2。

用以减小漂移和起保护作用。一般RF 取10K Ω，RF 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

i

f O U R R U *-

=1

U Rf U

O

+

-8

R210k

U （a ）R29.1k

Rf

10k

U +

-8

i

（b ）

Rf

100k

U i

O

R110k

U

4、减法器电路

对于图7-4所示的减法运算电路，当

21R R =， f

R R =3时，有如下关系式：

()1i 2i 1

3

O U U R R U -=

5、积分器电路

积分器可以实现对输入信号的积分运算。图7-5是其原理电路。

根据反相输入端为“虚地”的概念，有

R

U i i i c =

=1

因此 ⎰⎰-=-=t

i t

c o dt

t u RC dt i C t u 0

0)(1

1)(

显然，输出电压是输入电压的积分，其中积分时间常数：RC =τ。 当输入电压

)

(t u i 是对称

方波时，输出电压)(t u o 的波形应为三角波，且输出电压的相位和输入电压的相位相反。

为了限制电路的低频增益，减少失调电压的

图7-3

R3100k

U i1R110k U R210k

O

+

-8

U Rf 100k

i2

图7-4

图7-5

图7-6

影响，可在图7-6所示电路中，与电容C 并联一个电阻Rf ，就得到一个实用的积分电路。如图7-6所示。其中平衡电阻f

P R R R //=。

6、微分器电路

将积分器中的R 与C 的位置互换，就组成了最简单的微分器，如图7-7所示。

因为根据反相端根据反相端为“虚地”的概念，有：

dt

du C

i i

i =

又∵()f

o f i R t U i i -

==

∴dt

du C

R R i t u i f f f o -=-=)(

负号表示Uo 与Ui 反相。上式表明信号Uo 与输入信号是Ui 之间可实现 微分运算，若输入电压为对称的三角波，则输出电压为对称方波。

实用的微分电路如图7-8所示，图中串入了

小电阻R ，可以有效抑制高频噪声干扰。但R 的值不能过大，过大会引起微分运算误差。

五、实验内容及步骤

1、反相比例运算关系测试

① 按图7-1连接实验电路，仔细检查电路无误后，再接通±12V 电源。（注意：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运放。）

图7-7

图7-8