集成运算放大电路的应用

一、实验目的

        1.掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。

        2.学会上述电路的测试和分析方法。

二、实验仪器

        1.数字万用表

        2.示波器

        3.信号发生器

三、预习要求

        1.计算表6.1中的和 ，图6.1为电压跟随电路， 等于，=1

        2.估算表6.3的理论值

        3.估算表6.4、表6.5中的理论值

        4.计算表6.6中的值

                ，根据公式计算分别为-5V和1V

        5.计算表6.7中的值 

                            根据公式计算分别为-7.25V，-10.1V和-3.1V

四、实验内容

1.电压跟随电路

实验电路如图6.1所示。

图6.1  电压跟随电路

按表6.1内容实验并测量记录。

表6.1

		－2	－0.5	0	＋0.5	1
	RL=∞	-2.000	-0.502	0.012	0.501	1.003
	RL=5K1	-2.000	-0.501	0.012	0.501	1.003

2.反相比例放大器

实验电路如图6.2所示。

图6.2  反相比例放大电路

(1)按表6.2内容实验并测量记录。

表6.2

直流输入电压Vi(mV)8		30	100	300	1000	3000
输出电压VO	理论估算(mV)	-300	-1000	-3000	-10000	-12000
	实际值(mV)	-286	-986	-2974	-9777	-9831
	误差	0.047	0.014	0.009	0.022	0.181

      (2)按表6.3要求实验并测量记录。

表6.3

	测试条件	理论估算值	实测值
ΔV0(mV)	RL开路，直流输入信 号Vi由0变为800mV	-8000	-7946.9
ΔVAB(mV)		0	2.5
ΔVR2(mV)		0	-0.02
ΔVR1(mV)		800	795.7
ΔV0L(mV)	RL由开路变为5K1, Vi=800mV	0	2.4

  (3)测量图6.2电路的上限截止频率。     

上限截止频率是60.8KHz

3.同相比例放大电路

电路如图6.3所示

1. 按表6.4和6.5实验测量并记录。

图6.3  同相比例放大电路

表6.4

直流输入电压Vi(mV)		30	100	300	1000	3000
输出电压VO	理论估算(mV)	330	1100	3300	11000	12000
	实际值(mV)	356	1144	3373	11185	11249
	误差	0.079	0.04	0.022	0.017	-0.063

表6.5

	测试条件	理论估算值	实测值
ΔV0	RL开路，直流输入信 号Vi由0变为800mV	8800	8811
ΔVAB		0	70
ΔVR2		0	-0.5
ΔVR1		0	-35.1
ΔV0L	RL由开路变为5K1, Vi=800mV	0	3.5

1. 测出电路的上限截止频率

上限截止频率是54.7KHz

4.反相求和放大电路。

实验电路如图6.4所示。

按表6.6内容进行实验测量，并与预习计算比较。

图6.4  反相求和放大电路

表6.6

Vi1(V)	0.3	－0.3
Vi2(V)	0.2	0.2
VO(V)	-5.031	1.0989

   

5.双端输入求和放大电路

实验电路为图6.5所示。

图6.5  双端输入求和电路

表6.7

Vi1(V)	1	2	0.2
Vi2(V)	0.5	1.8	－0.2
VO(V)	-7.335	-9.414	-3.113

      按表6.7要求实验并测量记录。

五、实验报告

1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。

（1）电压跟随器：输出电压与输入电压同相，电压增益近似1，加入负载与不加入负载对输出电压影响不大，可以说此电路具有较小的输出电阻，而且后级的电阻变化不会影响前一级的性能，有良好的阻断前后级的作用。

（2）反向比例放大器：输出极性与输入相反，由于引入了深度并联电压负反馈，原本输入电阻等于反馈电阻，加上引入电压负反馈，输出电阻更小，近乎于0。放大倍数只与外部电阻R1 、Rf 有关，与运放本身参数无关，反相比例放大器存在虚短现象u-=u+=0 ，所以反相输入端“虚地”，输入电压基本加到R1 电阻上，输入电阻等效于R1 ，负反馈的调节是动态调节，假设图中所示电路中的Vi 是正的，于是通过电阻R1 的传导路径，在反相输入端出现正电压，导致输出电压Vo 变成负的，这一负电压又通过电阻器Rf 的传导路径返回，影响反相输入端的电压，使此处的电压几乎完全被抵消。如果输入电压Vi 变为负的，则反馈回来的电压将是正的，仍然会几乎完全抵消运放输入端的电压，这种近于彻底的抵消只能发生在非饱和运放中，然而一旦运放饱和，输出电压就变成恒量，因此反馈电压的大小不能跟随输入电压而增长，所以运放放大电压是有极限的。

（3）同相比例放大电路：输入电压与输出电压同相，u-=u+≠0 ，同相输入端不存在“虚地”现象。输入阻抗就是运放的阻抗，理论上理想运放的输入阻抗为无穷。因为引入了深度电压负反馈，放大倍数只与外部电阻R1 、Rf 有关，与运放本身参数无关。对于同样的电阻，此种放大器的电压增益要比反相放大器稍微大些。和反相放大器相比，这种电路的一大优点是输入电阻特别高。

（4）反相求和放大电路： 输入信号加在反相输入端 引入深度电压并联负反馈 集成运放工作在线性区 输出电压与输入电压相位相反，满足Uo=-RfR1⋅Ui ，输入电阻为R1 ，输出电阻近似为零，带负载能力强，输出电压稳定，可以用作反向器。

（5）双端输入求和放大电路：输入信号加在同相输入端，引入深度电压串联负反馈，集成运放工作在线性区，输出电压与输入电压相位相同满足Uo=1+RfR1⋅Ui ，输入电阻很大，输出电阻几乎为零，带负载能力强，输出电压稳定，可以用作电压跟随器。

2.分析理论计算与实验结果误差的原因。

1. 理论计算运放是共同遵循“虚断”，“虚地”分析规则，但是实际的运放不一定是这样，如表6.3，理论值与实际值有一定的出处。
2. 理论计算忽略了接线和电线的阻抗，放大倍数与电阻的比值息息相关。
3. 输入电压有一定波动，不可能完全平整的波形，导致输出电压的电压也有波动，无法准确读数。