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1、电工电子实验中心实验报告姓名王盼宝班级 电气二班学号 09S006119台号55日期节次成绩教师签字实验二实验二 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用一、实验目的一、实验目的1）掌握集成运算放大器的正确使用方法；2）掌握常用单元电路的设计和调试方法；3）掌握由单元电路组成简单电子系统的方法及调试技术。二、实验仪器与设备二、实验仪器与设备1）Agilent DSO5032A 型数字示波器2）Agilent 33220A 型函数/任意信号发生器3）Agilent U1252A 型数字万用表4）DF1731SB3AD 三路直流稳压电源5）EEL-69 模拟/数字电子技术试验箱6）“集成运算发大器
2、应用”实验插板7）A741 集成运算放大器，电位器，二极管，电阻，电容，导线三、实验内容三、实验内容1 1设计加法电路设计加法电路【要求】设计一加法电路，满足关系式U0 3(2U1U2)。1)输入信号U1、U2都是频率 1kHz 的正弦信号，幅度分别为U1PP100mV，U2PP 200mV，观测输出是否满足要求。2)输入信号U1是频率为 1kHz、幅度为U1PP100mV的交流正弦信号，U2是直流电压(+0.5V)，观测输出是否满足设计要求。【步骤】1)首先在 Multisim 软件环境中搭建如图 1 所示加法运算电路，由要求可知通过反相比例电路可以实现式子中的加法关系，XFG1,XFG2
3、分别为峰峰值为 100mV 和 200mV 的正弦信号。图图 1 1 使用运算放大器构成的加法电路使用运算放大器构成的加法电路2）通过 Multisim 仿真可得到图 2 所示的波形，黄色波形为运算器输出，其结果与要求一致。图图 2 2 加法运算电路仿真输出波形加法运算电路仿真输出波形3)在实验室使用 A741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图3 所示实验波形，其结果与理论分析一致。2图图 3 3 加法运算电路实验输出波形加法运算电路实验输出波形4）将 XFG2 用 0.5V 直流电压源代替，通过仿真分析和实际实验可得到如图4 所示的波形，正选波与直流量相加后会出现相对应的直流
4、偏置，仿真波形和实验波形与理论分析一致。图图 4 4 加法运算电路仿真输出波形加法运算电路仿真输出波形32 2设计减法电路设计减法电路【要求】设计一减法电路，满足关系式U0 3U1U2。选择合适的幅度，使输出波形无失真，观测输出是否满足设计要求。【步骤】1)首先在 Multisim 软件环境中搭建如图 5 所示减法运算电路，XFG1,XFG2 分别为峰峰值为 200mV 和 100mV 的正弦信号。图图 5 5 使用运算放大器构成的减法电路使用运算放大器构成的减法电路2)通过 Multisim 仿真可得到图 6 所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为 XFG2输出，即峰峰值为 100mV
5、 的正弦信号，其结果与要求一致。图图 6 6 减法运算电路仿真输出波形减法运算电路仿真输出波形43)在实验室使用 A741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图 7 所示实验波形，其结果与理论分析一致。图图 7 7 减法运算电路实验输出波形减法运算电路实验输出波形3 3设计反相积分器设计反相积分器【要求】设计一个反向积分器，积分时间常数为2ms。选择合适的幅度，使输出波形无失真，观测输出是否满足设计要求。1)输入信号为方波，频率为1kHz，峰-峰值为UPP 6V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。2)改变积分器的时间常数，使之增大或减小，观测输出信号的幅度的变化及失真情况，进一步
6、掌握积分时间常数RC 对输出的影响。【步骤】1)首先在 Multisim 软件环境中搭建如图 8 所示积分运算电路，XFG1 为峰峰值为 6V，频率为 1 kHz 的方波信号。积分时间常数 RC 20k0.1F 2ms。5图图 8 8 使用运算放大器构成的积分电路使用运算放大器构成的积分电路2)通过 Multisim 仿真可得到图 9 所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为 XFG1输出，即频率为 1kHz，峰-峰值为UPP6V的方波信号，其结果与要求一致。图图 9 9 积分运算电路仿真输出波形积分运算电路仿真输出波形63)在实验室使用 A741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，
7、得到如图 10 所示实验波形，其结果与理论分析一致。图图 1010 积分运算电路实验输出波形积分运算电路实验输出波形4)通过改变电容和电阻的大小改变积分器的时间常数，可以观察到输出信号幅度发生改变并出现失真，实验波形如图11 所示。图图 1111 积分运算电路实验输出波形积分运算电路实验输出波形74 4设计反相微分器设计反相微分器【要求】设计一个反相微分器，微分时间常数为1ms。1)输入信号为方波，频率为1kHz，峰-峰值为UPP 2V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。若输出有震荡，对电路进行改进，直至震荡基本消除。2)改变输入信号的频率，使之增大或减小，观测输出信号幅度的变化及失真情况，
8、进一步掌握当输入信号频率变化时微分器时间常数RC 对输出的影响。【步骤】1)首先在 Multisim 软件环境中搭建如图 12 所示微分运算电路，XFG1 为峰峰值为 2V，频率为 1 kHz 的方波信号。微分时间常数 RC 10k0.1F 1ms。图图 1212 使用运算放大器构成的微分电路使用运算放大器构成的微分电路2)通过 Multisim 仿真可得到图 13 所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为XFG1输出，即频率为1kHz，峰-峰值为UPP 2V的方波信号，可以观察到输出存在很大的震荡。8图图 1313 存在震荡的微分运算电路仿真输出波形存在震荡的微分运算电路仿真输出波形3)
9、在实验室使用 A741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图 14 所示实验波形，也可以观测到波形中震荡的存在。图图 1414 存在震荡的微分运算电路实验输出波形存在震荡的微分运算电路实验输出波形94)将上述电路进行改造，在R1 两端加入一个电容，通过仿真和实验可以观察到，谐振明显消失，图 15，图 16 和图 17 分别为去除震荡后的微分电路和仿真与实验波形。图图 1515 去除震荡后的微分电路去除震荡后的微分电路图图 1616 去除震荡后的微分运算电路仿真输出波形去除震荡后的微分运算电路仿真输出波形10图图 1717 去除震荡后的微分运算电路实验输出波形去除震荡后的微分运算电路
10、实验输出波形5)通过上述波形可以发现，虽然震荡消除了，但是波形还存在很大的尖峰，图18 是加入匹配电阻与稳压二极管的微分运算电路，通过仿真可以发现，此时的输出波形达到令人满意的效果，仿真波形如图 19 所示。图图 1818 修正后的微分电路修正后的微分电路11图图 1919 修正后的微分运算电路仿真输出波形修正后的微分运算电路仿真输出波形5 5设计滞回比较器设计滞回比较器【要求】设计一滞回比较器，回差电压约为3V，用两个稳压管来稳定输出的电压。在比较器的输入端加入频率为 1kHz 的三角波，注意三角波的幅度应大于所设计的阈值，观测示波器的测试结果，与理论值比较。【步骤】1)首先在 Multis
11、im 软件环境中搭建如图 20 所示滞回比较电路，输出测使用串联稳压二极管稳定其输出。图图 2020 使用运算放大器构成的电压滞回比较器使用运算放大器构成的电压滞回比较器122)在实验室使用 A741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图 21 所示实验波形，可以发现实现了输入电压的滞回比较功能。图图 2121 滞回比较器实验输出波形滞回比较器实验输出波形四、思考题四、思考题1）实际应用中，积分器的误差与哪些因素有关？最主要的有哪几项？答：实际应用积分电路时，由于运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影响，会出现积分误差；此外，积分电容的漏电流也是产生积分误差的原因之一。2）积分器输入方波信号，输出三角波信号的幅度大小受哪些因素制约？答：受积分时间常数和输入信号的频率制约。3）滞回比较器输出电压的上升时间和下降时间与什么因素有关？如何减小？答：与正反馈的强度有关，减小正反馈中的电阻可以减小上升时间和下降时间。13