實(shí)驗(yàn)基本運(yùn)算電路

1、1二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電路三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電路 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 五、思考題五、思考題2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法。掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法。2. 掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種基本運(yùn)算電路的方法。掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種基本運(yùn)算電路的方法。二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)二、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 本實(shí)驗(yàn)采用本實(shí)驗(yàn)采用LM324集成運(yùn)算放大器和外接電阻、電容等構(gòu)集成運(yùn)算放大器和外接電阻、電容等構(gòu)成基本運(yùn)算電路。成基本運(yùn)算電路。 LM324的引腳圖如圖的引腳圖如圖4.1所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意下

2、列事項(xiàng)：下列事項(xiàng)： 3. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)正確使用示波器進(jìn)一步學(xué)習(xí)正確使用示波器DC、AC輸入方式觀察波形的方輸入方式觀察波形的方法。重點(diǎn)掌握積分器輸入、輸出波形的測(cè)量和描繪方法。法。重點(diǎn)掌握積分器輸入、輸出波形的測(cè)量和描繪方法。 1. 組裝電路前須對(duì)所有電阻逐一測(cè)量，作好記錄。組裝電路前須對(duì)所有電阻逐一測(cè)量，作好記錄。 2. LM324集成運(yùn)算放大器的各個(gè)管腳不要接錯(cuò)，尤其是正、集成運(yùn)算放大器的各個(gè)管腳不要接錯(cuò)，尤其是正、負(fù)電源不能接反，否則極易損壞芯片。負(fù)電源不能接反，否則極易損壞芯片。3 集成運(yùn)放集成運(yùn)放LM324_ P82，圖，圖4.7.6 14 13 12 11 1 2 3 4 10 9

3、8 5 6 7 4OUT 4IN 4IN+ V 3IN+ 3IN 3OUT 1OUT 1IN 1IN+ V+ 2IN+ 2IN 2OUT LM324 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源12V12V 12V+12V+4LM 324 返回返回返回三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容o 反向比例運(yùn)算反向比例運(yùn)算o 積分電路積分電路o 反向比例加法電路反向比例加法電路o 同向比例減法電路同向比例減法電路6 Rf R1 RL 10k Av + R=Rf / R1 = 9k 100k vI vO 4.2 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 1. 反相比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算 設(shè)組件設(shè)組件LM324為理想器件，為理想器件，則則輸入電阻輸入電阻

4、 RifR1foI1RR 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電路三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電路 (2)為減小偏置電流和溫漂的影響，一般取為減小偏置電流和溫漂的影響，一般取R =RfR1，因反相比，因反相比例運(yùn)算電路屬于電壓并聯(lián)負(fù)反饋，其輸入、輸出阻抗均較低。例運(yùn)算電路屬于電壓并聯(lián)負(fù)反饋，其輸入、輸出阻抗均較低。(1) 選擇不同的電阻比值，就改變了運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益選擇不同的電阻比值，就改變了運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益A f。一般取一般取Rf為幾十千歐為幾十千歐 幾百千歐。若幾百千歐。若Rf太大，則太大，則R1亦大，易引起亦大，易引起較大的失調(diào)溫漂；若較大的失調(diào)溫漂；若Rf太小，則太小，則R1亦小，輸入電阻亦小，輸入電阻Ri也小，

5、不能也小，不能滿足高輸入阻抗的要求。滿足高輸入阻抗的要求。 實(shí)驗(yàn)提示：實(shí)驗(yàn)提示：7 Rf R1 RL 10k Av + R=Rf / R1 = 9k 100k vI vO 4.2 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 1. 反相比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算 實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：(1)參考圖參考圖4.2所示電路，設(shè)計(jì)并所示電路，設(shè)計(jì)并安裝反相比例運(yùn)算電路，要求安裝反相比例運(yùn)算電路，要求輸入阻抗輸入阻抗Ri=10 k ，閉環(huán)電壓，閉環(huán)電壓增益增益 A f =10。(2) 在該放大器輸入端加入在該放大器輸入端加入 =1kHz正弦電壓，有效值自定，用萬正弦電壓，有效值自定，用萬用表測(cè)量放大器的輸出電壓值；改變用表

6、測(cè)量放大器的輸出電壓值；改變 I的大小，再測(cè)的大小，再測(cè) ，研究，研究 I和和 的反相比例關(guān)系，填入自擬表格中。的反相比例關(guān)系，填入自擬表格中。 返回返回返回 1、反向比例運(yùn)算、反向比例運(yùn)算o 實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路o 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容n 輸入輸入1kHz正弦波（正弦波（Vipp= 500800mV）n 測(cè)量輸出電壓測(cè)量輸出電壓Voppn 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，記錄數(shù)據(jù)（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，記錄數(shù)據(jù)（23組）組）o 注意：運(yùn)放的正負(fù)電源注意：運(yùn)放的正負(fù)電源 R1 + A RF 100K 10K vO vI 10K 圖圖4.7.14.7.192. 反相比例加、減法運(yùn)算反相比例加、減法運(yùn)算 在圖在圖4.3中，接中，接

7、入入 =1kHz正弦波正弦波，調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)電位器RP，用，用示波器示波器測(cè)量測(cè)量 I1和和 I2電壓的大電壓的大小，然后再測(cè)小，然后再測(cè) 大大小。調(diào)節(jié)小。調(diào)節(jié)RP，改，改變變 I2的值，分別的值，分別記錄相應(yīng)記錄相應(yīng) I1、 I2和和 的數(shù)值，填入的數(shù)值，填入自擬表格中自擬表格中反相比例加法運(yùn)算反相比例加法運(yùn)算10S接到接到B點(diǎn)時(shí)，為減法點(diǎn)時(shí)，為減法電路電路R =Rf。S接到接到A點(diǎn)時(shí)，為加法電路點(diǎn)時(shí)，為加法電路R =RfR1R2=5.1k)。foI1I2RR 當(dāng)當(dāng)R1R2 R 時(shí)，圖右時(shí)，圖右所示電路的所示電路的輸出電壓為輸出電壓為：112. 反相比例加法運(yùn)算反相比例加法運(yùn)算 當(dāng)當(dāng)R1R

8、2 R 時(shí)，圖時(shí)，圖4.3所所示電路的輸出電壓為：示電路的輸出電壓為： 為保證運(yùn)算精度，除盡量選用高精度的集成運(yùn)算放大器外，為保證運(yùn)算精度，除盡量選用高精度的集成運(yùn)算放大器外，還應(yīng)精心挑選精度高、穩(wěn)定性好的電阻。還應(yīng)精心挑選精度高、穩(wěn)定性好的電阻。 4.3 反相比例加法運(yùn)算電路反相比例加法運(yùn)算電路 Rf R1 RL 10k Av + R=Rf / R1 /R2 5.1 k 100k vI1 vO 10k vI2 R2 Rp 1k vI + + foI1I2RR 實(shí)驗(yàn)提示：實(shí)驗(yàn)提示： 在圖在圖4.4.8中，接入中，接入 =1kHz正弦波，調(diào)節(jié)電位器正弦波，調(diào)節(jié)電位器RP，用繁，用繁用表測(cè)量用表測(cè)

9、量 I1和和 I2電壓的大小，然后再測(cè)電壓的大小，然后再測(cè) 大小。調(diào)節(jié)大小。調(diào)節(jié)RP，改，改變變 I2的值，分別記錄相應(yīng)的值，分別記錄相應(yīng) I1、 I2和和 的數(shù)值，填入自擬表格的數(shù)值，填入自擬表格中中(此時(shí)此時(shí)R =RfR1R2)。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：返回返回返回 數(shù)據(jù)參考表格數(shù)據(jù)參考表格vi vovo實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值vo理論值理論值vi1=vi2= vi1=vi2= 表表6.1 反相比例加法（或減法運(yùn)算）反相比例加法（或減法運(yùn)算）vi2 調(diào)電位器調(diào)電位器Rp133. 減法運(yùn)算減法運(yùn)算 當(dāng)當(dāng)R1R2 ，RRf 時(shí)，圖時(shí)，圖4.4所示電路的輸出電壓為：所示電路的輸出電壓為： 為保證運(yùn)算精度，除盡量

10、選用高精度的集成運(yùn)算放大器外，為保證運(yùn)算精度，除盡量選用高精度的集成運(yùn)算放大器外，還應(yīng)精心挑選精度高、穩(wěn)定性好的電阻。還應(yīng)精心挑選精度高、穩(wěn)定性好的電阻。 實(shí)驗(yàn)提示：實(shí)驗(yàn)提示： 在圖在圖4.4.8中，接入中，接入 =1kHz正弦波，分別測(cè)量正弦波，分別測(cè)量 11、 12和和 數(shù)值。調(diào)節(jié)數(shù)值。調(diào)節(jié)RP，改變，改變 I2的大小，再測(cè)的大小，再測(cè) ，填入自擬表格中。研，填入自擬表格中。研究減法運(yùn)算關(guān)系。究減法運(yùn)算關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：4.4 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路 Rf R1 10k Av + R=Rf = 100 k 100k vI1 vO R2 10k vI2 foI2I11RR144.

11、 比例積分運(yùn)算比例積分運(yùn)算 假設(shè)電容假設(shè)電容C兩端的初始電壓兩端的初始電壓為零，圖為零，圖4.5所示電路的輸出電所示電路的輸出電壓為：壓為： 實(shí)際電路中，通常在積分電容實(shí)際電路中，通常在積分電容C兩端并聯(lián)反饋電阻兩端并聯(lián)反饋電阻Rf ，用，用作直流負(fù)反饋，目的是減小集成運(yùn)算放大器輸出端的直流漂移。作直流負(fù)反饋，目的是減小集成運(yùn)算放大器輸出端的直流漂移。但是但是Rf的加入將對(duì)電容的加入將對(duì)電容C產(chǎn)生分流作用，從而導(dǎo)致積分誤差。產(chǎn)生分流作用，從而導(dǎo)致積分誤差。為克服誤差，一般須滿足為克服誤差，一般須滿足RfCR1C。C太小，會(huì)加劇積分漂移，太小，會(huì)加劇積分漂移，但但C增大，電容漏電也隨之增大。通常

12、取增大，電容漏電也隨之增大。通常取Rf10R1、C1 F(滌綸滌綸電容或聚苯乙烯電容電容或聚苯乙烯電容)。 實(shí)驗(yàn)提示：實(shí)驗(yàn)提示：4.5 比例積分運(yùn)算電路比例積分運(yùn)算電路 R1 10k Av + R= Rf / R1 = 9k vO 10k RL v1 iR + 0.01F 100 k Rf iC C tO1011( )( )tt dtRC 154. 比例積分運(yùn)算比例積分運(yùn)算 在圖在圖4.5中，輸入端加入中，輸入端加入 =500Hz、幅值為、幅值為1 V的正方波，的正方波，用雙蹤示波器同時(shí)觀察用雙蹤示波器同時(shí)觀察 I和和 的的波形，記錄在紙上，標(biāo)出幅值波形，記錄在紙上，標(biāo)出幅值和同期。和同期。

13、實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：4.5 比例積分運(yùn)算電路比例積分運(yùn)算電路 R1 10k Av + R= Rf / R1 = 9k vO 10k RL v1 iR + 0.01F 100 k Rf iC C 注意：注意： 用示波器觀察用示波器觀察 I、 的波形，應(yīng)當(dāng)采用的波形，應(yīng)當(dāng)采用DC輸入方式并用輸入方式并用 作為內(nèi)同步或外觸發(fā)電壓接到示波器的外觸發(fā)接線端。作為內(nèi)同步或外觸發(fā)電壓接到示波器的外觸發(fā)接線端。 16輸入輸入f=500Hz，幅值為，幅值為1V的的正方波（調(diào)節(jié)正方波（調(diào)節(jié)offset使其為正方波）使其為正方波）用用DC擋測(cè)試擋測(cè)試vi和和vo，畫，畫出其波形，標(biāo)出其出其波形，標(biāo)出其幅值和周期幅值

14、和周期 OFFSET正方波正方波平均值平均值1V12示波器屏幕上示波器屏幕上顯示的小箭頭顯示的小箭頭是是0V的位置的位置vivOvi17四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 確定實(shí)驗(yàn)電路所示各電阻的阻值。確定實(shí)驗(yàn)電路所示各電阻的阻值。2. 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入自擬記錄表格中。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入自擬記錄表格中。3. 記錄和描繪積分器記錄和描繪積分器 I和和 O的波形。的波形。4. 記錄實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障或不正?，F(xiàn)象，分析原記錄實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的故障或不正?，F(xiàn)象，分析原因，說明解決的辦法和過程。因，說明解決的辦法和過程。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容匯總?cè)?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容匯總n反向比例運(yùn)算反向比例運(yùn)算n輸入輸入1kHz正弦波（正弦波（500800mV）；）；測(cè)量電壓增益測(cè)量電壓增益n反向比例加法電路反向