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1、模电实验指导书实验三集成运算放大器的基本应用一模拟运算电路一、实验目的1 .研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。2 ,了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同 的线性或非线性元器件组成负反应电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应 用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图3-1所示，对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为RfUo=- - UiRx图3“反相比例运算电路为了减小输入偏
2、置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=RiI|Rfo反相加法电路电路如图3-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为RfRfUo=-(Uil TUi2 )R3=R1|R2|RfRiRi图3-2反相加法运算电路积分运算电路反相积分电路如图3-3所示。在理想化条件下，输出电压uO等于第1页共4页Uo(t)=- f Uidt+UcCo)RC式中Uc(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。Ri100K图3-3积分运算电路如果Ui是幅值为E的阶跃电压，并设Uc(o)=0,那么即输出电压u(t)随时间增长而线性下降。显然Rc的数值大，到达给定的U。值所需的 时间就长。积分输出电压所能
3、到达的最大值受集成运放最大输出范围的限制。在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中Ki闭合，通过电阻 R2的负反应作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K翻开，以免因R2的接入造成积 分误差。出的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压Uc(o)=0。 另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号Ui后，只要K2一翻开，电容就将被恒流充电， 电路也就开始进行积分运算。(4)微分运算电路，如图5-4所示C2 lOOOpFRi10K图3-4微分运算电路三、实验设备、部件与器件l.12V直流电源3 .交流毫伏表5 .双踪示波器(另配)三、实验设备、部件与器件l.12
4、V直流电源3 .交流毫伏表5 .双踪示波器(另配)2 ,函数信号发生器4 .直流电压表6.集成运算放大器UA741X1电阻器、电容器及插线假设干。四、实验内容在实验台的面板上找一具有8脚插座的适当位置，结合以下实验内容进行连线。1 .反相比例运算电路(1)按图3-1连接实验电路，接通12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。(2)输入f=1000Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察u。和口 的相位关系,记入表3-1。表 3-1Ui=0.5V f= 1000HzUi(V)uT(V)Ui 波形 u。波形N第2页共4页实测值计算值2 .反相加法运算电路(1)按图3-2
5、连接实验电路。调零和消振。(2)输入信号采用直流信号，图3-5所示电路为简易直流信号源，实验者自行完成。实验 时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压Uh、U2及输出电压Uo，记入表3-2。表3-2+5VUu(v)Ui2(V)u。(V)510 n,5101ikhu-5V图3-5简易直流信号源3 .积分运算电路实验电路如图3-3所示。(1)翻开K2,闭合K1,对运放输出进行调零。(2)调零完成后，再打开K1,闭合K2,使uc(o)=0。(3)预先调好直流输入电压Ui=0.5V,接入实验电路，再翻开K2,然后用直流电压表测量 输出电压UO,每5秒读一次UO
6、,记入表3-3,直到UO不继续明显增大为止。(4)输入f=1000Hz方波信号,C=0.01nF,观察输出波形。表3-3t(S) |051015202530U。(V)4 .微分电路(1)按图3-4搭接电路，在函数发生器上调节输入方波信号ui,用示波器监视之，要 求方波信号的周期为l-5mso(2)把vi信号加到微分电路的输入端，用示波器分别测量ui和uo的波形，画出波形 图，并记录数据。五、实验报告1 .整理实验数据，画出波形图(注意波形间的相位关系)。2 .将理论计算结果和实测数据相比拟，分析产生误差的原因。3 .分析讨论实验中出现的现象和问题。六、预习要求L复习集成运放线性应用局部内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的值。4 .在反相加法器中，如Uh和Ui2均采用直流信号，并选定Ui2=-lV,当考虑到运算放大器 的最大输出幅度(12V)时，I Uh I的大小不应超过多少伏？5 .在积分电路中,如Rl=100kQ, C=4.7hF,求时间常数。假设Ul=0.5V,问要使输出 电压到达5V需多长时间(设uc(o)=0)?第3页共4页4.为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题?第4页共4页