集成运放组成的基本运算电路

,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,*,集成运放组成的基本运算电路,一、实验目的,研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能；,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；,了解集成运算放大电路的三种输入方式。,二、相关知识（,A741,引脚）,集成运算放大电路（简称集成运放）是一种高增益的直流放大器，它有二个输入端。根据输入电路的不同，有同相输入、反相输入和差动输入三种方式。在实际运用中都必须用外接负反馈网络构成闭环，用以实现各种模拟运算。,二、相关知识（工作电源）,-15V,0V +15V,二、相关知识（测量线）,同轴连接器,信号参考,屏蔽线,信号输入,二、相关知识（,A741,引脚）,正电源,负电源,同相,输入,反相,输入,输出,调零端,调零端,悬空,二、相关知识（,A741,主要参数）,详细参数请下载参阅（,UA741,技术资料,.PDF,文件）,二、相关知识（元件清单）,代号,名称,规格,数量,代号,名称,规格,数量,1.,反相加法运算电路,3.,方波转换成三角波电路,R1 R2,电阻器,10K,2,R1 R,电阻器,10K,2,RF,电阻器,100K,1,R2,电阻器,100K,1,R,电阻器,6K2,1,C,电容器,1,1,2.,减法器（差分放大电路）运算电路,R1 R2,电阻器,10K,2,RF R3,电阻器,100K,2,三、实验内容,实现两个信号的反相加法运算。,实现同相比例运算。,用减法器实现两信号的减法运算。,实现积分运算。,用积分电路将方波转换为三角波。,1.,实现两个信号的反相加法运算,电路如下所示，通过该电路可实现信号,S1,和,S2,的反相加法运算，并且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相等，即要求,R=R,l,/R,2,/R,F,。,实验时应注意：,为提高运算精度，首先应对输出直流电位进行测试，即保证零输入时为零输出。,被加输入信号可以为直流，也可以选用正弦，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。,为防止出现自激振荡，应用示波器监视输出电压波形。,1.,实现两个信号的反相加法运算,反相加法运算电路,A,R,1,R,2,10K,10K,100K,R,6.2K,+15V,-15V,S2,R,F,S1,O,1.,实现两个信号的反相加法运算,反相加法运算仿真电路,1.,实现两个信号的反相加法运算,反相加法运算仿真电路,1.,实现两个信号的反相加法运算,输入信号,v,s1,输入信号,v,s2,输出电压,v,o,(V),(V),(V),有效值,波 形,有效值,波 形,有效值,峰值,波形,将实验数据及波形填入下述表格中：,注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。,2.,实现同相比例运算,电路同反相加法运算电路（上图），其特点是输入电阻比较大，电阻,R,的接入同样是为了消除平均偏置电流的影响，故要求,R=R,1,/R,F,。,实验注意事项同反相加法运算实验。,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。,2.,实现同相比例运算,同相比例运算电路,A,R,1,10K,10K,100K,R,+15V,-15V,v,O,S,R,F,2.,实现同相比例运算,输入信号,v,s1,输入信号,v,s2,输出电压,v,o,(V),(V),(V),有效值,波 形,有效值,波 形,有效值,峰值,波形,将实验数据及波形填入下述表格中：,注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。,3.,减法器（差分放大电路）,下图所示电路为减法器电路，为了消除输入偏置电流以及输入共模成分的影响，要求,R,1,=R,2,、,R,F,=R,3,。,实验注意事项同反相加法运算实验。,A,R,1,10K,10K,100K,R,2,+15V,-15V,v,O,v,S2,R,F,v,S1,R,3,100K,减法器（差分放大电路）运算电路,3.,减法器（差分放大电路）,减法器（差分放大电路）运算仿真电路,3.,减法器（差分放大电路）,减法器（差分放大电路）运算仿真电路,3.,减法器（差分放大电路）,输入信号,v,s1,输入信号,v,s2,输出电压,v,o,(V),(V),(V),有效值,波 形,有效值,波 形,有效值,峰值,波形,将实验数据及波形填入下述表格中：,注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。,4.,积分运算电路,积分电路如下图所示，在进行积分运算之前，将图中,K,1,闭合，通过电阻,R,2,的负反馈作用，进行运放零输出检查，在完成零输出检查后，须将,K,1,打开，以免因,R,2,的接入而造成积分误差。,K,2,的设置一方面为积分电容放电提供通路，将其闭合即可实现积分电容初始电压,Vc,（,0,）,=0,。另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号,Vs,后，只要,K,2,一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。,4.,积分运算电路,为方便起见，可通过示波器直接观察随时间的变化轨迹。具体做法是先将光点移至屏幕左上角作为坐标原点，轴输入耦合选用“,C”,，扫速开关和,Y,轴灵敏度开关均置于适当位置，触发方式采用“,NORM”,。此时若将,K,2,打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。由此可分析,v,O,与时间,t,的关系。,4.,积分运算电路,积分运算电路,A,R,1,100K,R,2,1M,R,100K,+15V,-15V,v,O,v,S,K,2,K,1,1F,C,4.,积分运算电路,将实验数据及波形填入下述表格中：,v,s,波形,v,s,幅度值,v,o,波形,v,o,频率,v,o,幅度值,5.,用积分电路转换方波为三角波,电路如下图所示。图中电阻,R,2,的接入是为了抑制由,I,IO,、,V,IO,所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。,在,t,2,（,2,=R,2,C,）的条件下，若,v,S,为常数，则,v,O,与,t,将近似成线性关系。因此，当,v,S,为方波信号并满足,Tp,2,时（,Tp,为方波半个周期时间），则,v,O,将转变为三角波，且方波的周期愈小，三角波的线性愈好，但三角波的幅度将随之减小。,5.,用积分电路转换方波为三角波,A,R,1,10K,R,2,100K,R,10K,+15V,-15V,v,O,v,S,1F,C,=R,1,/R,2,方波转换成三角波电路,5.,用积分电路转换方波为三角波,方波转换成三角波仿真电路,5.,用积分电路转换方波为三角波,脉冲源模型参数,5.,用积分电路转换方波为三角波,方波转换成三角波仿真电路,5.,用积分电路转换方波为三角波,将实验数据及波形填入下述表格中：,v,s,波形,v,s,幅度值,v,o,波形,v,o,频率,v,o,幅度值,五、思考题,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？,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？,六、实验报告,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。,根据实验测得的同相比例传输特性，画出反相比例传输特性，并说明之。,