设计实验--集成运算放大器的应用.doc

实 验 报 告课程名称 电子电路基础实验 实验名称 集成运算放大器的应用 实验类型 设 计 型 学 时 6 学 时 系 别 电子与信息工程学院 专 业 电子信息工程 年级班别 2010级3班 开出学期20112012上期 学生 姓名 学 号 实验教师 成 绩 2011 年 11 月 25 日设计性实验 集成运算放大器的应用一、实验目的1.了解运算放大器在信号放大和模拟运算方面的应用。2.掌握运算放大器的正确使用方法。3.掌握基本运算电路的设计方法。二、知识点及涉及内容本实验的知识点为集成运放的线性应用；涉及电路参数的观测方法。三、实验仪器 示波器、信号源、直流稳压电源、交流毫伏表。四、实验原理 集成运算放大器是高增益的直流放大器。在它的输入端和输出端之间加上不同的反馈网络，就可以实现各种不同的电路功能。可实现放大功能及加、减、微分、积分、对数、乘、除等模拟运算及其他非线性变换功能；将正、负两种反馈网络相结合，还可具有产生各种模拟信号的功能。 本实验着重以输入和输出之间施加线性负反馈网络后所具有的运算功能进行研究。理想运放在线性运用时具有以下重要特性： （1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即错误！未找到引用源。 （2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似相等，即：错误！未找到引用源。 1.反相放大器 信号由反相端输入，电路如图3-1所示。在理想条件下，放大器的闭环增益错误！未找到引用源。 增益要求确定之后，错误！未找到引用源。与错误！未找到引用源。的比值即确定，在选择其值时需注意：错误！未找到引用源。与错误！未找到引用源。不要过大，否则会引起较大的失调温漂；但也不要过小，否则无法满足输入阻抗的要求。一般取错误！未找到引用源。为几十千欧至几百千欧。当错误！未找到引用源。时，放大器的输出电压等于其输入电压的负值。此时，它具有反相跟随的作用，称之为反相器。错误！未找到引用源。 2.同相放大器 信号由同相端输入，电路如图3-2所示。在理想条件下，放大器的闭环增益为错误！未找到引用源。图3-1 反相放大器 图3-2 同相放大器 当错误！未找到引用源。为有限值时，放大器增益错误！未找到引用源。恒大于1。当错误！未找到引用源。（或错误！未找到引用源。=0）时，同相放大器具有同相跟随的作用，即错误！未找到引用源。，称之为跟随器。跟随器有图2-3所示的两种电路形式，具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，且有阻抗变换的作用，常用来做缓冲或隔离级。图3-3电压跟随器3.加法器根据信号输入端的不同有同相加法器和反向加法器两种形式。原理电路如图3-4和图3-5所示。图3-4同相加法器 图3-5反相加法器 图3-5的反相加法器，运放的输入端有一端接地，另一端由于理想运放的“虚地”特性，使得加在此输入端的多路输入电压可以彼此独立地通过自身输入回路电阻转换为电流，精确地进行代数相加运算，实现加法的功能。同相加法器的输出电压为式中，错误！未找到引用源。因此错误！未找到引用源。与每个回路电阻均有关，要满足一定的比例关系，调节不便。反相加法器的输出电压为当错误！未找到引用源。时，错误！未找到引用源。)。4.减法器减法器实际上是反相放大器与同相放大器的组合，电路如图3-6所示，在理想条件下，输出电压与各输入电压的关系为图3-6减法器取电阻错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，则 五、实验内容 用运算放大器UA741完成下面的实验内容，UA741的工作电压为±12 V。 1.设计加法电路设计一加法电路，满足关系式错误！未找到引用源。（1） 输入交流信号错误！未找到引用源。都是频率为1kHz的正弦信号，使其峰峰值在200mV和500mV之间，观察输出波形是否满足设计要求。（2） 在满足（1）的情况下，输入交流信号错误！未找到引用源。，使其有效值在300mV到600mV之间，取值10组数据，并设计表格，验证是否满足设计要求。（3） 在满足（1）的情况下，输入直流电压错误！未找到引用源。，使其电压值在-1000mV到+1000mV之间，取值10组数据，并设计表格，验证是否满足设计要求。2.设计加法电路设计一减法电路，满足关系式错误！未找到引用源。（3） 输入交流信号错误！未找到引用源。都是频率为1kHz的正弦信号，使其峰峰值在400mV和200mV之间，观察输出波形是否满足设计要求。（4） 在满足（1）的情况下，输入交流信号错误！未找到引用源。，使其有效值在200mV到800mV之间，取值10组数据，并设计表格，验证是否满足设计要求。（3） 在满足（1）的情况下，输入直流电压错误！未找到引用源。，使其电压值在-2000mV到+2000mV之间，取值10组数据，并设计表格，验证是否满足设计要求。六、实验数据记录及处理 1、加法电路（1）画出所设计加法电路的电路图，并标明各电阻阻值。（2）设计表格，将测量结果填入表格中，表格中须有计算值一栏。2、减法电路（1）画出所设计减法电路的电路图，并标明各电阻阻值。（2）设计表格，将测量结果填入表格中，表格中须有计算值一栏。表1：加法器输入交流12345678910Ui1/mv424466509552593636687721763848Ui2/mv141155169183197212226240254282Uo/v2.122.332.542.752.973.183.393.6063.8184.24Uo计v2.012.342.442.853.073.223.443.513.944.30误差百分比5.1%1.5 % 4.1% 3.5% 3.3%1.2% 1.4% 2.5% 2.4% 1.4%表2：减法器输入直流12345678910Ui1mv-1000-800-600-400-2002004006008001000Ui2/mv-333.-266-199-133-6666133200216333Uo/v5.014.0133.012.011.01-0.98-1.98-2.98-3.98-4.98Uo计5.113.993.221.990.991-1.00-2.01-2.95-4.01-5.01误差百分比1.95%0.40%7.00%1.09%2.17%1.49%0.65%0.03%0.33%0.54%输入交流12345678910Ui1mv-1000-800-600-400-2002004006008001000Ui2/mv-333-266-199-133-666613320216333Uo/v5.014.013.012.011.01-0.98-1.98-2.98-3.98-4.98Uo计5.113.993.221.990.99-1.00-2.0-2.98-4.00-5.01误差百分比1.95%0.40%7.00%1.09%2.17%1.49%0.65%0.03%0.33%0.54%输入直流12345678910Ui1/mv282.3645253162270787696110471131Ui2/mv139.18122326530734943474516558Uo/mv42955868781694410701331146115891718Uo计/mv425553689820100010581326145516001730误差百分比0.92%0.90%0.29%5.0%5.83%1.12%0.38%0.41%0.70%0.698%七、实验总结。通过该实验我了解了关于集成运放电路的基本应用，开始设计减法电路的时候只用了一个运放，但是由于太过简单又设计了两个功放。在做实验时，连接电路要正确，尽量用短导线避免产生太大误差。要细心，耐心，认真的对待实验。9、 实验电路的仿真图1、加法器7、 2、减法放大器Ui1和Ui2输入交流电压Ui1和Ui2输入直流电压Ui1/mVUi2/mvUo/mV3(Ui2-Ui1)Ui1/mVUi2/mvUo/mV3(2Ui2-Ui1)12345678910表2验证：表2中的数据表明，在误差允许范围内，关系式3(Ui2-Ui1)是成立的。Ui1和Ui2输入交流电压Ui1和Ui2输入直流电压Ui1/mVUi2/mvUo/mV3(Ui2-Ui1)Ui1/mVUi2/mvUo/mV3(2Ui2-Ui1)123