實驗六 集成運算放大器的基本應(yīng)用

實驗六集成運算放大器的基本應(yīng)用(I)—模擬運算電路一、實驗?zāi)康?、研究由集成運放組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。2、了解運算放大器在實際應(yīng)用時應(yīng)考慮的一些問題。二、實驗原理集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現(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、對數(shù)等模擬運算電路。理想運算放大器特性：在大多數(shù)情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術(shù)指標(biāo)理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。開環(huán)電壓增益Aud=∞輸入阻抗ri=∞輸出阻抗ro=0帶寬fBW=∞失調(diào)與漂移均為零等。理想運放在線性應(yīng)用時的兩個重要特性：（1）輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式UO＝Aud（U+－U－）由于Aud=∞，而UO為有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，稱為“虛短”。（2）由于ri=∞，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即IIB＝0，稱為“虛斷”。這說明運放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。基本運算電路1)反相比例運算電路電路如圖6－1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電阻R2＝R1RF。圖6－1反相比例運算電路圖6－2反相加法運算電路2)反相加法電路電路如圖6－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為R3＝R1R2RF3)同相比例運算電路圖6－3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為R2＝R1RF當(dāng)R1→∞時，UO＝Ui，即得到如圖6－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2＝RF，用以減小漂移和起保護作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。(a)同相比例運算電路(b)電壓跟隨器圖6-3同相比例運算電路4)差動放大電路（減法器）對于圖6-4所示的減法運算電路，當(dāng)R1＝R2，R3＝RF時，有如下關(guān)系式圖6－4減法運算電路圖圖6-5積分運算電路5)積分運算電路反相積分電路如圖6－5所示。在理想化條件下，輸出電壓uO等于式中uC(o)是t＝0時刻電容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(o)＝0，則即輸出電壓uO(t)隨時間增長而線性下降。顯然RC的數(shù)值越大，達到給定的UO值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限制。在進行積分運算之前，首先應(yīng)對運放調(diào)零。為了便于調(diào)節(jié)，將圖中K1閉合，即通過電阻R2的負反饋作用幫助實現(xiàn)調(diào)零。但在完成調(diào)零后，應(yīng)將K1打開，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，同時可實現(xiàn)積分電容初始電壓uC(o)＝0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號ui后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算。三、實驗設(shè)備與器件1、±12V直流電源2、函數(shù)信號發(fā)生器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、集成運算放大器μA741×1；電阻器、電容器若干。四、實驗內(nèi)容（一）計算機仿真部分（1）加法電路。Vi1=100mV，Vi2=200mV（峰峰值），Vi1和Vi2均為頻率為1kHz的正弦信號，使輸出波形不失真，觀察并記錄結(jié)果。（2）積分電路。輸入為方波，頻率為1kHz，幅度為100mV（峰峰值），觀察并記錄輸出波形。（3）減法電路。輸入Vi1=200mV，Vi