模擬運(yùn)算電路

1、模擬電子技術(shù)集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用（）模擬運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包含：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與歸納（數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)思考題、實(shí)驗(yàn)心得?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 研究由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運(yùn)算電路的功能。 2. 了解運(yùn)算放大器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的一些問(wèn)題。【實(shí)驗(yàn)儀器】1、±12V直流電源；2、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；3、交流毫伏表；4、直流電壓表； 5、集成運(yùn)算放大器A741×1片； 6、電阻器、電容器若干。【實(shí)驗(yàn)原理】集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)

2、放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。1、理想運(yùn)算放大器特性 在大多數(shù)情況下，將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，就是將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放：開(kāi)環(huán)電壓增益 AVd= 輸入阻抗 Ri= 輸出阻抗   Ro=0 帶寬  fBW= 失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性;（1） 輸出電壓與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：Uo=AVd（U+-U-

3、）由于AVd=，而為有限值，因此，U+-U-0。即U+U-，稱為“虛短”。（2） 由于Ri=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即IiB0，稱為“虛斷”。這說(shuō)明運(yùn)放對(duì)其前級(jí)吸取電流極小。上述兩個(gè)特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本原則，可簡(jiǎn)化運(yùn)放電路的計(jì)算。2、基本運(yùn)算電路 (1) 反相比例運(yùn)算電路 電路如圖7-1所示。對(duì)于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：uo=-RfR1ui為了減小輸入級(jí)偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2R1/RF。  (2) 反相加法電路 電路如圖7-2所示，輸出電壓與輸入電壓之

4、間的關(guān)系為： uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2） R3R1/R2/Rf圖7-1反相比例運(yùn)算電路 圖7-2反相加法運(yùn)算電路 (3) 同相比例運(yùn)算電路 圖7-3(a)是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為： uo=(1+RfR1)ui R2R1/Rf當(dāng)R1時(shí)，uoui，即得到如圖7-3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2Rf，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般Rf取10K，R太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。  (a) 同相比例運(yùn)算電路     &#

5、160;   (b) 電壓跟隨器  (4) 差動(dòng)放大電路（減法器） 對(duì)于圖7-4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)R1R2，R3Rf時(shí)， 有如下關(guān)系式： uo=RfR1（ui2-ui1）(5) 積分運(yùn)算電路 反相積分電路如圖7-5所示。在理想化條件下，輸出電壓等于： (=-uo（t）= -1R1C0tuidt+uc（o）圖7-4 減法運(yùn)算電路 圖7-5 積分運(yùn)算電路式中，uc（o）是t0時(shí)刻電容C兩端的電壓值，即初始值。 如果ui（t）是幅值為E的階躍電壓，并設(shè)uc（

6、o）0，則：uo（t）= -1R1C0tEdt = -ER1Ct即輸出電壓uo（t）隨時(shí)間增長(zhǎng)而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達(dá)到給定的uo值所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。積分輸出電壓uo所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。 在進(jìn)行積分運(yùn)算之前，首先應(yīng)對(duì)運(yùn)放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將圖中K1閉合，即通過(guò)電阻R2的負(fù)反饋?zhàn)饔脦椭鷮?shí)現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將K1打開(kāi)，以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)積分電容初始電壓uc（o）0，另一方面，可控制積分起始點(diǎn)，即在加入信號(hào)ui后，只要K2一打開(kāi)，電容就將被恒流充電，電路也就開(kāi)始進(jìn)行積分運(yùn)算?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)

7、容】實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各管腳的位置；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會(huì)損壞集成塊。 1. 反相比例運(yùn)算電路（1） 按圖7-1（a）連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端對(duì)地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。（2） 輸入f100Hz，ui0.5V的正弦交流信號(hào)，測(cè)量相應(yīng)的uo，并用示波器觀察uo和ui的相位關(guān)系，記入表7-1中。表7-1ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.54.96實(shí)測(cè)值計(jì)算值誤差9.9210-8%2. 同相比例運(yùn)算電路（1）按圖7-3(a)連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，輸入f100Hz，ui0.5V的正弦交流信號(hào)，記入表7-2中（2）將圖7-3(

8、a)中的R1斷開(kāi)，得圖7-3(b)電路，重復(fù)內(nèi)容（1）。表7-2ui/Vuo/Vui波形uo波形AV0.55.49實(shí)測(cè)值計(jì)算值誤差10.9811-2%0.50.511.0212%3. 反相加法運(yùn)算電路 (1) 按圖1（b）連接實(shí)驗(yàn)電路，接通±12V電源，輸入端ui1、ui2對(duì)地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。 (2) 輸入信號(hào)采用直流信號(hào)，圖7-6所示電路為簡(jiǎn)易直流信號(hào)源,由實(shí)驗(yàn)者自行完成。實(shí)驗(yàn)時(shí)需選擇合適的直流信號(hào)幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。用直流電壓表測(cè)量輸入電壓Ui1、Ui2及輸出電壓Uo，記入表7-3中。表7-3Ui1/V0.50.50.3

9、0.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30Uo計(jì)算值-10-8-8-2-3誤差22%4%20%23%30%4. 減法運(yùn)算電路 (1) 按圖7-4連接實(shí)驗(yàn)電路并接通±12V電源，輸入端ui1、ui2對(duì)地短路，即進(jìn)行調(diào)零和消振。(2)采用直流輸入信號(hào)，實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3，記入表7-4中。表7-4Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo/V0.01-1.972.040.041.04Uo計(jì)算值0-2201誤差1%3%4%4%4%5. 積分運(yùn)算電路 

10、實(shí)驗(yàn)步驟： 實(shí)驗(yàn)電路如圖7-5所示。(1) 打開(kāi)K1，閉合K2，對(duì)運(yùn)放輸出uo進(jìn)行調(diào)零。(2) 調(diào)零完成后，再打開(kāi)K1，閉合K2，使uc（o）0。 (3) 預(yù)先調(diào)好直流輸入電壓Ui0.5V，接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開(kāi)K2，然后用直流電壓表測(cè)量輸出電壓Uo，每隔5秒讀一次Uo，記入表7-5中，直到Uo不繼續(xù)明顯增大為止。 【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】1、 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出波形圖（注意波形間的相位關(guān)系）。 答：2、將理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。答：（1） 反相比例運(yùn)算電路AV實(shí)測(cè)值9.92計(jì)算值10（2） 同相比例運(yùn)算電路AV（1）實(shí)測(cè)值10.98計(jì)算值1

11、1（2）實(shí)測(cè)值1.02計(jì)算值1（3） 反相加法運(yùn)算電路Uo/V實(shí)測(cè)值-10.22-8.04-8.20-2.23-3.30計(jì)算值10-8-8-2-3（4） 減法運(yùn)算電路Uo/V實(shí)測(cè)值0.01-1.972.040.041.04計(jì)算值0-2201誤差分析：從表中數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，理論值和測(cè)量值存在一定的偏差，但是在可以接受的范圍內(nèi)。產(chǎn)生誤差的原因：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用了一定的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)電路板的電阻的實(shí)際阻值和標(biāo)注的阻值存在誤差，電路中的其他元件老化等對(duì)電路也有一定的誤差；（2）測(cè)量時(shí)集成運(yùn)放等元器件一直處于工作狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的工作也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量產(chǎn)生一定的影響；（3）在用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先萬(wàn)用表

12、本身存在誤差，其次在測(cè)量一些數(shù)據(jù)時(shí)，萬(wàn)用表顯示的數(shù)值一直在跳動(dòng)，難以穩(wěn)定，這也對(duì)數(shù)據(jù)的讀數(shù)造成一定的影響。 2、分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問(wèn)題。答：現(xiàn)象：做第一個(gè)反相比例運(yùn)算電路的實(shí)驗(yàn)時(shí)，示波器上顯示的輸出電壓值為500mV，應(yīng)約為5V。分析：沒(méi)有注意到實(shí)驗(yàn)箱提供的100k電阻有誤，實(shí)驗(yàn)箱沒(méi)有提供相應(yīng)的100k電阻，實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有足夠認(rèn)真檢查，Rf誤接了10k，導(dǎo)致輸出電壓有誤，耽誤了時(shí)間，影響后面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程?！舅伎碱}】（1）復(fù)習(xí)集成運(yùn)放線性應(yīng)用部分內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路參數(shù)計(jì)算各電路輸出電壓的理論值。答：反相比例運(yùn)算電路：uo=-RfR1ui=5V；同相比例放大電路：uo=(1+RfR1

13、)ui=5.5V反相加法運(yùn)算電路：uo=-（RfR1ui1+RfR2ui2）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo計(jì)算值-10-8-8-2-3減法運(yùn)算電路：uo=RfR1（ui2-ui1）Ui1/V0.50.50.30.10.1Ui2/V0.50.30.50.10.2Uo計(jì)算值0-2201（2）在反相加法器中，如ui1和ui2均采用直流信號(hào)，并選定ui2=-1V，當(dāng)考慮到運(yùn)算放大器最大輸出幅度（±12V）時(shí)，則|ui1|的大小不應(yīng)超過(guò)多少伏？答：由uo=-ui2-2ui1，得ui1=（-ui2-uo）/2,代入數(shù)據(jù)得|ui1|max=6.5V，所以|ui1|的大小不應(yīng)超過(guò)6.5伏。（3）在積分電路中，如R1=100k，C=4.7F求時(shí)間常數(shù)。假設(shè)ui=0.5V,問(wèn)要使輸出