2022年电子电路实做实验 .pdf

电子电路开放实验- 1 -电子电路开放实验讲义（集成运算放大器的运用之运算电路）1. 实验目的（1）熟悉集成运算放大器的构成，掌握集成运算放大器的正确使用方法。（2）掌握运算放大器的基本应用，深刻理解集成运算放大器“虚地”、 “虚短”、 “虚断”的基本概念。（3）掌握由集成运算放大器组成的基本运算电路，并验证电路的运算功能。（4）掌握由集成运算放大器组成的基本运算电路的设计方法。2. 实验仪表及器材（1）双踪示波器（2）双路直流稳压电源（3）函数信号发生器（4）数字万用表3. 实验电路图如图 1-3 、图 1-4 、图 1-5 、图 1-6 、图 1-7 所示。4. 知识准备（1）复习集成运算放大器的相关理论知识。（2）查阅集成电路数据手册，了解 A741的性能参数和管脚排列及使用方法（3）根据理论知识对实验电路所完成的运算功能进行理论计算。5. 实验原理集成运算放大器是一种高增益的直接耦合放大器；在众多的模拟集成电路中，它是最基本、用途最为广泛的一种放大器件；在外部反馈网络的配合下，其输出与输入之间可以灵活地实现各种特定的函数关系。按照性能的不同， 集成运算放大器分为通用型和专用型。本次实验选用的是通用型集成运算放大器 A741 ；它是一种具有内部频率补偿，有短路保护等特点的高性能集成运算放大器。其管脚排列如图1-1 所示，电路符号如图1-2 所示。理想的运算放大器具有如下性质：a. 开环差模电压增益Aod=；b. 差模输入电阻Rod=；c输出电阻Ro=0；d共模抑制比KCMR=；e输入失调电压UIO、失调电流IIO以及它们的温漂均为零。在分析估算由集成放大器组成的应用电路时，运用这些性质可以简化分析过程，直接得到结论。图 1-1 A741 管脚排列图图 1-2 A741 电路符号图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 电子电路开放实验- 2 -（1）理想运算放大器工作在线性区时具有的重要特点a. 理想运放的差模输入电压为零，即运放的同相输入端与反相输入端的电压相等，如同将两点短路一样。但这两点并非真正被短路，故称之为“虚短”。b. 理想运放的差模输入电流为零，即运放的同相输入端与反相输入端的电流都等于零，如同这两点被断开一样，故称之为“虚断”。集成运放的一个重要应用方面就是实现模拟信号的运算；运用上述两个特点，可以运用集成运放组成比例求和、减法器等运算电路。（2）理想运算放大器工作在非线性区时具有的重要特点a. 理想运放的输出电压的值只有两种可能：或等于运放的正向最大输出电压，或等于负向最大输出电压，即：当UU时，OOP P(+ )UU当UU时，OOP P(-)UU因此在非线性区，运放的净输入电压可能很大；此时“虚地”现象不存在。b理想运放的输入电流等于零。在非线性区，虽然运放的两个输入端电压不等，但因为理想运放的差输入电阻为，故仍可认为此时的输入电流为零。电压比较器的集成运算放大器通常工作在非线性区。它是一种模拟信号处理电路，其作用是与输入端的模拟信号的电平进行比较，然后将结果反映在输出端。多数情况下，运放的一个输入端接固定不变的参考电压，另一个输入端接变化的电压信号。比较器只有两种输出状态：高电平或低电平。本实验为集成运算放大器的线性应用。集成运算放大器在线性应用时，均构成深度负反馈工作状态，由于集成运算放大器参数接近理想值，所以输入输出关系由外部电路决定。在深度负反馈工作状态下，在某些频率可能产生附加相移，使电路工作不稳定，因而需要考虑频率补偿问题。当放大含有直流分量的信号时，为了补偿输入失调电压的影响，保证零输入时为零输出，必须考虑调零问题。（3）集成运算放大器的线性运用 a 反相放大器图 1-3 所示电路为反相放大器的实用电路。在运放理想的情况下，放大器的闭环增益为：ofui1uRAuR由于反相输入组态为深度并联负反馈，闭环输入电阻下降为外接电阻1f/ /RR；因此设计放大电路时，需根据对输入阻抗的要求，适当选择1R、fR，一般阻值不能取得过大，以免引起较大的失调温漂；21f=/RRR是直流平衡电阻，用以消除输入差放级直流不平衡引起的失调。图中信号源的内阻应包含在1R中。由于电压并联深负反馈的结果，反相输入端呈“虚地”状态，称为“虚地点”。这个“虚地点”是反相放大器所特有的，它给以反相放大器为基础的各种电路的分析带来了极大的方便。 b 同相放大器图 1-4 所示电路为同相放大器的实用电路。在运放理想的情况下，放大器的闭环增益为：图 1-3 反相放大器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 电子电路开放实验- 3 -ofui1uRAuR1图中21f=/RRR是直流平衡电阻，用以消除输入差放级直流不平衡引起的失调。图中信号源的内阻应包含在2R中。与反相放大器存在“虚地点”不同，同相放大器的运放输入端得客观地存在着一对共模信号。因此， 在构成同相放大器时，为了减小输出的运算误差，应该采用KCMR较大的运算放大器。c反相比例加法器图 1-5 所示电路为反相比例加法器的实用电路。在运放理想的情况下，放大器的输出为：ffo12)RRuuuRRi 1i 2(+图中312f=/RRRR是直流平衡电阻，用以消除输入差放级直流不平衡引起的失调。图中信号源的内阻应包含在1R和2R中。d差动放大器图 1-6 所示电路为差动减法器的实用电路。在运放理想的情况下，放大器的输出为: pffo12p1RRRuuuRRRRi 2i 1( 1+)当12fp=,=RRRR时，fo1RuuuRi 2i 1()； 显然ou与i2i1()uu成正比，实验电路就是常说的差动放大器。当12fp=RRRR时，ouuui2i1；实验电路就构成一个减法器。e反相积分器如图 1-7 所示电路为反相积分器的实用电路。在运放理想的情况下，放大器的输出为：o11( )diuuttR C图中，C 为反馈元件，fR为分流电阻。 一般取f110RR；fR是给直流提供反馈通路，避免失调电压在输出端产生积累而使积分器产生饱和，甚至不能工作。fR取大些可改善积分的线性度。21f=/RRR是直流平衡电阻。图 1-4 同相放大器图 1-5 反相比例加法器图 1-6 差动放大器图 1-7 反相积分器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 电子电路开放实验- 4 -由公式可以看出，输出是输入对时间的积分，负号表示输入出输出反相。当输入信号为方波时，输出信号为三角波；其输出电压的峰峰值为：ip popp1122uTuR C当取时间常数1= R CT（T 为输入信号的周期）时，其输出电压的峰峰值为：ip pip popp11=224uuTuR C6. 实验内容及步骤（1）反相放大器 按图 1-3 所示正确搭接电路。 将直流稳压电源的两路输出均调到12V，并正确接入电路（注意正负电源的接法）。 输入正弦信号（频率为1KHz、幅度 100mv 左右）；用示波器观察输入信号与输出信号；在输出不失真的情况下 （若有失真， 则减小输入信号的幅度） ，测出输入信号与输出信号的幅度，计算电压增益uA；记录两信号的相位关系，绘制相应波形。（2）同相放大器 按图 1-4 所示正确搭接电路。 将直流稳压电源的两路输出均调到12V，并正确接入电路（注意正负电源的接法）。 输入正弦信号（频率为1KHz、幅度 100mv 左右）；用示波器观察输入信号与输出信号；在输出不失真的情况下 （若有失真， 则减小输入信号的幅度） ，测出输入信号与输出信号的幅度，计算电压增益uA；记录两信号的相位关系，绘制相应波形。（3）反相比例加法器 按图 1-5 所示正确搭接电路。 将直流稳压电源的两路输出均调到12V，并正确接入电路（注意正负电源的接法）。 输入正弦信号（频率为1KHz 、幅度 50mv左右）；用示波器观察输入信号与输出信号；在输出不失真的情况下（若有失真，则减小输入信号的幅度），测出输入信号与输出信号的幅度；记录信号间的相位关系，绘制相应波形。（4）差动放大器 按图 1-6 所示正确搭接电路。 将直流稳压电源的两路输出均调到12V，并正确接入电路（注意正负电源的接法）。 输入正弦信号 （频率为 1KHz 、幅度分别为50mv、30mv左右）；用示波器观察输入信号与输出信号；在输出不失真的情况下（若有失真，则减小输入信号的幅度），测出输入信号与输出信号的幅度；记录信号间的相位关系，绘制相应波形。（5）反相积分器 按图 1-7 所示正确搭接电路。 将直流稳压电源的两路输出均调到12V，并正确接入电路（注意正负电源的接法）。 输入方波信号（频率为10KHz 、峰峰值为400mv左右）；用示波器观察输入信号与输出信号；在输出不失真的情况下（若有失真，则减小输入信号的幅度），测出输入信号与输出信号的峰峰值；记录信号间的相位关系，绘制相应波形。7. 实验报告要求（1）整理实验数据；绘制相应波形。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 电子电路开放实验- 5 -（2）理论推算各实验电路的输出计算公式，并计算相应的理论值。（3）将各种测试数据与理论值相比较，分析误差产生的原因。8. 思考与分析（1）分析反相积分器电路fR作用中？（2） “虚地”的概念在同相放大器中是否适用？（3）如何正确理解集成运算放大器“虚短”和“虚断”的概念？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -