实验集成运算放大器应用实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,实验四、,集成运算放大器应用实验,（一）实验目的,1.,掌握集成运算放大器的基本运算电路。,2,.,学会用集成运算放大器实现波形变换及波形产生,3,.,学会用集成运算放大器实现有源滤波器。,（二）,实验仪器,1.,双踪示波器,1,台,2.,双路可调直流稳压电源,1,台,3.,晶体管毫伏表,1,台,4.,多波形信号发生器,1,台,5.,三用表,1,块,6.,模拟通用实验板,（三）实验内容与要求,2024/9/10,1,运算放大器是一个高增益的多级直接耦合放大器,。它不仅具有差动放大器,对差摸信号进行放大,对,共摸信号进行抑制。而且具有,增益高（一般可达,120dB,左右）、输入阻抗高（通常为,100k,10M,）、输出阻抗低（通常可到,70,300,）等特点,同时还具有性能好、功耗低、体积小、可靠性高、使用方便等优点。只要外加不同的反馈网络,就可以实现不同的运算功能。而且在波形交变换、波形产生及有源滤波器等模拟电子技术中得到广泛应用。,1,设计一个反相比例运算电路,要求,（,1,） 输入直流电压（用三用表直流档测量）：,-,0,.,5V, -,0,.,2V,0,.,2V,0,.,5V,（,2,） 输入交流,1kHz,正弦,电压（用交流毫伏表或示波器测量）：,0,.,2V,0,.,5V,2,设计一个同相比例运算电路,要求,（,1,） 输入直流电压（用三用表直流档测量）：,-,1V, -,0,.,5V,0,.,5V,1V,（,2,） 输入,1kHz,正弦,电压（用交流毫伏表或示波器测量）：,0,.,5V,1V,3,设计一个反相比例加法运算电路,要求,（,1,） 输入直流电压（用三用表直流档测量）：,= -,0,.,5V,=,0,.,2V,（,2,） 输入,1kHz,、正弦,电压（用交流毫伏表或示波器测量）：,=,0,.,5V, =,0.2V,注意：输入电压、可通过电阻,(,或电位器,),分压取得,.,（一）,.,基本命题,2024/9/10,2,4,设计一个减法运算电路,要求,（,1,）输入直流电压（用三用表直流档测量）：,= -,0,.,5V, =,0,.,2V,（,2,）输入,1kHz,正弦电压,（用交流毫伏表或示波器测量）：,=,0,.,5V, =,0.2V,，,输入电压、可通过电阻,(,或电位器,),分压取得,.,5,方波,三角波变换,按图,10,所示电路接线,取,=,10k,，,=1M,，,C=0,.,01,。给积分电路输入一个,频率,的方波,。用双踪示波器观察输入与输出波形。并按时间关系画出两波形。,6,一个单电源供电的反相比例运算电路,要求,（,1,）输入直流电压（用三用表直流档测量）：,-,0,.,5V,0,.,5V,（,2,）输入,1kHz,正弦,电压（用交流毫伏表或示波器测量）：,0,.,2V,0,.,5V,7,.,设计实验任务,中,所有要求内容,按设计电路用计算机仿真完成所有实验内容，并调试达到要求，并记录数据。,8,.,用通用模拟实验板按设计线路搭建电路,完成所有实验内容的测量，纪录实验数据,并与计算机仿真实验数据进行比较。,2024/9/10,3,（二）,.,扩展命题之一,集成运放在波形产生中的应用实验,在模拟系统中，方波、三角波、正弦波、锯齿波等信号,，,都可以用集成运放来实现,。由于电路简单，频率和幅度易于调节，,因而得到广泛的应用,。其基本工作原理是，,根据振荡器的工作原理，采用正、负反馈相结合的方法。将一些线性和非线性元件与集成运放进行组合，就构成了不同波形产生电路,。,1,.,设计一个方波信号发生器，要求,=,2kHz10,输出幅度 变化范围,0,6V,。,2,.,设计一个占空比可调的脉冲信号发生器，要求,=,2kHz10,，输出幅度 变化范围,0,6V,，占空比在,40,70,内变化,。,3,.,设计一个三角波发生器，要求输出频率,=,2kHz10,，输出幅度 变化范围,0,6V,。,4,.,设计一个锯齿波信号发生器，要求输出频率,=,2kHz10,，输出幅度变化范围,0,6V,。,5,.,设计一个正弦波信号发生器，要求,=,1kHz10,。,6,.,根据,以上实验任务,设计线路,，,用计算机仿真实验调试元件,，,达到设计要求,。,7,.,根据计算机仿真实验结果，先在模拟通用实验板上搭建电路，调试达到设计要求,，进行实际测试，并记录数据，证明设计的正确。,2024/9/10,4,滤波器是一种选频电路,，,它是一种能使有用频率信号通过,，,同时抑制（或衰减）此频率以外的信号,。由,RC,元件与运算放大器组成的滤波器称为,RC,有源滤波器,。因受,运算放大器带宽的限制，此类滤波器只适用于低频范围,。根据滤波器通过信号的频率范围可分为低通（,LPF,）、高通（,HPF,）、带通（,BPF,）、带阻（,BEF,）和全通滤波器（,APF,）等。本实验主要研究二阶,RC,有源低通滤波器的设计和调试，并给出了低通滤波器的快速设计方法。设计人员只要根据低通滤波器的线路图，通过查表得到,RC,元件的数值就可以了。,1,.,设计一个,二阶,RC,有源低通滤波器，要求截止频率,=1kHz,，增益,=2,。,2,.,设计一个二阶带组滤波器，要求中心频率,Hz,，增益。,3,.,根据,实验要求,设计实验线路,，,用计算机仿真实验调试元件,，,达到设计要求,。分别,测量低通滤波器的,截止频率,和带阻滤波器的,中心频率及它们的增益,。,4,.,按计算机仿真实验修正后的数据,先在模拟通用实验板上搭建电路,调试达到设计要求,。分别,测量低通滤波器的,截止频率,和带阻滤波器的,中心频率及它们的增益,。并绘制幅频特性曲线,。,（三）,.,扩展命题之二,集成运放在有源滤波器中应用,2024/9/10,5,1,.,整理原始记录数据，,对记录数据进行计算和处理，并与理论计算值进行比较。,2,计算机仿真实验时设计线路那些参数没有达到要求，如何修改的,。,3,在通用模拟实验板上进行实验时，又有那些参数没有达到要求，如何修改的。根据测量结果说明设计方法的正确性。,4,写出规范的实验报告,。,（四）,.,实验报告撰写,2024/9/10,6,实验参考电路,NC,+,U,CC,OUT,OA,表,4,.,1,A741,主要参数值,图,反相比例运算电路,1,.,反相比例运算电路,反相比例运算电路接线如图所示,设运放为理想器件,其输出电压理论计算值为,当,时,输出电压等于输入电压的负值,这时电路称为反相器。,实验线路,0.8,0.6,0.3,2024/9/10,7,2,.,同相比例运算电路,图,4,.,18,同相比例运算电路,2024/9/10,8,2.,反相加法运算电路,反相加法运算电路接线如图,12,所示，设运放为理想器件，其输出电压理论计算值为,若,图,12,反相加法运算电路,2024/9/10,9,3.,减法运算电路,减法运算电路接线如图,13,所示,设运放为理想器件,其输出电压理论计算值为,条件,图,13,减法运算电路,2024/9/10,10,4,.,积分运算,积分运算电路接线如图,15,所示，当,R,F,=,时，设运放为理想器件,其输出电压为,为分流电阻，其阻值必须很大，否则电路将变成一阶低通滤波器。它作用是使运放在静态时仍处在闭环状态,以稳定直流增益,减小积分器的静态漂移,保证了静态时积分器的工作稳定,。,图,15,积分运算电路,2024/9/10,11,5,.,方波与占空比可调的矩形波发生器,图,16,所示的是一个单运放组成的方波信号发生器，其中,与 组成正反馈支路。这时运放同相端的输入电压为,电阻 和电容,C,组成负反馈支路。,图,16,方波与占空比可调脉冲信号发生器,2024/9/10,12,6,.,三角波及锯齿波发生器,方波,-,三角波发生器如图,17,所示,。,运放,1,是一个,方波信号发生器,运放,2,是一个积分器,，原理是将方波信号经,积分器后变为,三角波。其频率为,三角波的频率可通过 调或改变电容,C,来实现,。,图,17,方波,-,三角波发生器,2024/9/10,13,7,.,正弦信号发生器,正弦信号发生器如图,18,所示,。图中 和 组成的文氏桥作为选频网络构成正反馈支路， 和 构成负反馈支路。 用来调整负反馈的深度，以满足起振条件和改善波形。利用二极管、 正向导通电阻的非线性自动调节电路的闭环放大倍数,以稳定波形的幅度。,、,、,当,电路的振荡频率为,图,18,正弦信号发生器,2024/9/10,14,f,10,100(Hz),0.1,1(k Hz),1,10(k Hz),10,100(k Hz),C,1,1,0.1(F),0.1,0.01(F),0.01,0.001(F),1000,100,(p,F),二阶,RC,有源低通滤波器（,LPF,）,二阶,RC,有源低通滤波器,快速设计法,二阶,RC,有源低通滤波器线路图如图,19,所示。表,为快速设计频率与所选电容对照表,。,8.,有源滤波器的设计,图,19,二阶低通滤波器,2024/9/10,15,