实验运算放大器的线性运用

,实验,2.3,运算放大器的线性应用,模拟电子技术实验,2,.,掌握集成运算放大器调零功能。,1,.,深入理解集成运算放大器工作于线性区的条件与特点。,一、实验目的,3,.,掌握利用集成运算放大器实现比例、加减运算电路的基本方法。,1,.,判断运放好坏。,二、实验任务,2,.,根据模拟电路实验箱上的,741,运算放大器，设计,一个能实,现,U,o,=3,U,i,的运算电路，并要求：,用表格的形式验证,U,o,=3,U,i,的运算电路，并画出电路的传输特性曲线。,3,.,设计一个能实现,U,o,=2,U,i1,-5,U,i2,+3,U,i3,的运算电路，要求用表格的形式进行验证。,模拟电路实验箱,(,741,运放、电阻、电位器,),、数字万用表、导线。,三、实验设备,对该电路进行调零，写出,“,调零,”,步骤。,四、实验原理及步骤,对于理想化了的运放，它有一个,“,虚断,”,的特点，即,I,+,=,I,-,=0,。,当理想运放工作在线性状态下时，它有一个十分突出的特点，就是,“,虚接,”,(,或称,“虚短”,),的特点，即,U,+,=,U,-,。,对于反相输入、同相接地的电路，因,U,+,=,0,，,所以,U,-,=,0,故称为,“,虚地,”,，它是,“,虚接,”,的一种特殊情况。,在线性运用的电路设计时，均可利用运放这两个特点来推导输入、输出关系。要充分利用运放线性运用的公式进行设计、选择参数，以满足题目的要求。,举例：,下面是一个反相比例电路,当,R,f,=20k,时，,=,2,，随着,U,i,从,0,逐渐正向,(,或负向,),增加，输出,U,o,达到负饱和值,(,或正,饱和,),值,U,om,，该值大小取决于电源电压，略小于电源电压,(,正、负饱和值大小略有差异,),，此时,U,i,=,5.4V,。,R,平衡电阻作用,：,使运放同相和反相输入端对地电阻相等，处于对称与平衡工作状态，减小温漂，提高运算精度,。,当,R,f,=50k,时，,=,5,，随着,U,i,从,0,逐渐正向,(,或负向,),增加，输出,U,o,达到负饱和值,(,或正,饱和值,),U,om,，,U,om,值的大小取决于电源电压，略小于电源电压,(,正、负饱和值大小略有差异,),，此时,U,i,= ,2.3V,。,电压传输曲线,=2,R,1,R,f,电压传输曲线,=5,R,1,R,f,所以在做线性运用电路的实验时，要注意输入电压的取值应保证运放工作在线性区。,这说明在负反馈时运放并不一定工作在线性区。运放工作在线性区,与输入电压有关。运放只有工作在深度负反馈时才工作在线性区。当运放,工作在非线性区时，输出电压保持不变，其值取决于电源电压，,且略小于电源电压,(,正、负饱和值大小略有差异,),。,对于放大倍数,= =,5,时，在,U,i,=-2.3V,2.3V,内变化，,运放工作在线性区。,从上图看出，对于放大倍数,= =,2,的,反相比例电路,，在,U,i,=-5.4V,5.4V,内变化时，运放工作在线性区；,Off1,U,U,12V,741,管脚图,调零端子,741,放在,14,个管脚的双列插座,NC,+12V,U,o,off2,空脚,注意插座管脚号与芯片管脚号的区别,电源,同相输入,输出,u,A741,是一个带调零端子的单运放。,LM324,则是四运放芯片,它含有四个独立的运放，共用一个,15V,电源。,4U,o,4U,4U,+,15V,3,U,+,3,U,3,U,o,同相输入,1U,o,1U,1U,+,15V,2,U,+,2,U,2,U,o,反相输入,324,管脚图,电源,输出,电源,当输入,U,i,接入,+5V,直流电源时，运放处于负饱和状态,U,o,=-,U,om,，用万用表直流,20V,档监测输出端是否为,-10V,左右。,传输特性,当输入,U,i,接入,-5V,直流电源时，运放处于正饱和状态,U,o,=+,U,om,，用万用表直流,20V,档监测输出端是否为,+11V,左右。,1.,判断运放好坏的简便电路,利用运放非线性应用的过零比较器电路来判断：,步骤,:,符合则确定运放是好的,。,由于输入失调的存在，运放在输入为零时，输出并不为零。由于本次实验采用带调零端子的,741,芯片做实验，所以可采用右图所示的调零电路进行调零。,U,o,=2,U,i,调零电路,2.,举例：,U,o,=,2,U,i,的调零电路,方法：,对照,741,管脚图,，,完成,U,o,=2,U,i,的运算实验电路 的连接后，使,U,i,接地，用万用表直流,200,m,V,挡监测输出是否为零，如不为零，则调节,10,k,电位器使得输出为零。,画出该电路的传输特性曲线。,3.,U,o,=,3,U,i,的运算电路的测试验证,。,将,-5,V,+5,V,可调电位器接入,U,o,=,3,U,i,的运算电路,输入端,U,i,，调节输入电位器,，,用万用表直流,20,V,挡监测输出端，使得输出分别达到,-,U,om,和,+,U,om,，,记录相应的,U,i,值。,12V,直流电源供运放,电源应,置,ON,5V,电源供调电压的电位器应置,0N,继续调节电位器，使得输出,在线性范围,内达到负值到正值变化，记录相应的,U,i,、,U,o,数据。,4,.,按照所设计的,U,o,=2,U,i1,-5,U,i2,+3,U,i3,的运算电路接线，其中两个输入可用,-5,V,+5,V,可调电位器,第三个输入可通过可调电阻和,5,V,电源搭建。操作方法同上。,五、实验报告要求,1.,画出判断运放好坏电路。,简要地写出实验步骤。,2.,画出,U,o,=,2,U,i,调零实验电路，写出调零步骤。,4.,设计和说明,U,o,=,2,U,i1,-,5,U,i2,+,3,U,i3,实验电路,和参数，,画出表格，,简要写出实验的步骤。,6.,根据,U,o,=,3,U,i,表格中数据，,画出电路的传输特性曲线。,5.,完成表格中的数据测试。,3.,设计和说明,U,o,=,3,U,i,实验电路,和参数，,画出表格，,简要写出实验的步骤。,7.,根据测试数据，得出结论。完成思考题。,六、注意事项,注意,12V,电源接入运放,u,A741,的,4,、,7,脚时不要接反，否则会烧坏运算放大器。,无须调零时，可利用焊在箱内部的,741,芯片,(,标有,A1,、,A2),来完成运放实验。但须注意，实验室的,A1,、,A2,芯片所需电源,已与,箱内,12V,电源连接，只需打开模拟实验箱上的总电源开关及箱上,12V,电源开关，就相当于,A1,、,A2,芯片供电电源已连上。,做调零时，必须用,插在,箱内插座上的,u,A741,芯片，保证调零端子的接入。,注意凡是使用运放，必须先检查运放好坏。,