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*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一 试验目标,1.熟悉由集成运算放大器组成反相百分比运算电路、同相百分比运 算电路、加法运算电路、减法运算电路、积分运算电路。,2.验证以上几个电路性能，掌握它们调试方法。,试验8 集成运算放大器组成基本运算电路,1/17,二 试验原理,1.关于运算放大器,集成运算放大器实际上是高增益多级直流放大器。在其输出端和输入端之间接入不一样负反馈网络，就能实现各种不一样电路功效。本试验只讨论由运算放大器组成信号放大和模拟运算电路。,普通运算放大器都设有相,位赔偿端。所以，在使用时，首先要进行相位赔偿，以消除可能产生自激振荡。详细使用方法是，在运放相位赔偿端按要求接入一个阻容网络，进行相位赔偿。本试验若采取运算放大器 F007 或 LM324,因为这两种运放已在内部电路中进行了相位赔偿，所以，不需要在外部进行相位赔偿。再将电路输入端对地短路，调整调零电位器，使输出电压为零（用万用表测试）。,2/17,在利用运算放大器对含有直流分量信号进行放大时，还应对运放进行调零。其目标是使运算放大器组成闭环电路以后，当输入为零时输出也为零。所以，普通运放都设有调零端。调零详细方法是：将运算放大器接成详细运算电路并在运放调零端按要求接入一个电位器作为调零电路。再将电路输入端对地短路，调整调零电位器，使输出电压为零（用万用表测试）。最终将输入端与地断开，进行其它测试。每当试验电路有改变时，都需要重新调零。本试验若采取运算放大器 LM324,则不需要在外部进行调零。,在利用运算放大器对含有直流分量信号进行放大时，还应对运放进行调零。其目标是使运算放大器组成闭环电路以后，当输入为零时输出也为零。所以，普通运放都设有调零端。调零详细方法是：将运算放大器接成详细运算电路并在运放调零端按要求接入一个电位器作为调零电路。,3/17,最终将输入端与地断开，进行其它测试。每当试验电路有改变时，都需要重新调零。本试验若采取运算放大器 LM324,则不需要在外部进行调零。,试验室中惯用通用运算放大器 F007 引脚如图 1.8.1(a)所表示。其中2 脚为反相输入端，3 脚为同相输入端，4、7 脚为电源端，1、5 脚为调零端，6 脚为输出端,RW为调零电位器。当试验电路接好后,接通正、负电源电压，将试验电路输入端短接，使 Vi=0，调整 RW 使输出直流电压 VO=0。这么就完成了调零工作。为简便起见，在后面试验电路中，电源端和调零端不再画出。,4/17,试验室中惯用另一个通用运算放大器 LM324 引脚如图 1.8.1(b)所表示。,2.反相百分比运算电路,由 F007 组成反相百分比运算电路如图 1.8.2 所表示。其闭环增益为,其输入电阻为：,在选择元件参数时应注意，,F 普通在几十千欧至几百千欧之间选取。,F 太大，则由式（1.8.1）可知会使,1 也较大，这将会引发较大失调温漂。若,F 太小，,1 也会较小，这时往往不能满足电路高输入阻抗要求。假如输入阻抗一定，则能够先依据式 1.8.2 选,1，然后依据式 1.8.1 确定,F。在放大含有直流分量信号时，还应选取,=,1/,F。,5/17,由 F007 组成反相百分比运算电路如图 1.8.2 所表示：,3.同相百分比运算电路,同相百分比运算电路如图 1.8.3 所表示。其闭环增益为：,同相百分比运算电路属电压串联负反馈，含有输入阻抗高，输出阻抗低特点。在多级放大电路中，常做缓冲或隔离级。尤其是当,1 开路,F 短路时，同相放大器就变成了同相跟随器。其用途与射极跟随器相同。,6/17,对两个输入信号进行相加运算电路如图 1.8.4 所表示。它实际上是两个反相百分比运算电路组合。该电路输出为：当,1=,2=,时，电路输出为:,（1.8.4）,4 加法运算电路,7/17,依据图 1.8.4 工作原理，能够很方便地实现多个输入信号相加电路。,5.减法运算电路,用运算放大器组成减法运算电路如图 1.8.5 所表示。其输出为：当,1=,2、,3=,F 时，输出为:,电路实现了对,v,i2 和,v,i1 加权相减。当满足,1=,2=,3=,F 条件时，输出为：当,1=,2、,3=,F 时，输出为:电路实现了对,v,i2 和,v,i1 加权相减。当满足,1=,2=,3=,F 条件时，输出为这时，电路实现了对输入信号,v,i2 和,v,i1 直接相减关系。,6.积分运算电路,（1.8.5）,8/17,该电路输出电压为：,用运算放大器组成积分器电路如图所表示：当输入信号为图 1.8.7 所表示,图1.8.7 阶跃输入时积分器输出波形,图1.8.6 积分器电路,9/17,其输出电压为：,这时，输出是一个线性改变斜坡电压，其幅度受到运放饱和输出电压,0(sat)限制。,因为矩形波能够看成是多个阶跃信号组合，所以，依据叠加原理，当输入信号为矩形波时，积分器输出波形为三角波。,7.微分运算电路,因为微分和积分互为反运算，故将图 1.8.6 所表示积分运算电路中电阻,和电容,位置交换，就能够得到微分运算电路。如图 1.8.8 所表示,10/17,其输出为：,图 1.8.8 所表示微分运算电路在高频时不稳定，很轻易产生自激。在试验中能够采取图 1.8.所表示电路。,图1.8.9 微分运算电路试验电路图,图1.8.8 微分运算电路原理图,11/17,与图 1.8.8 不一样之处是试验电路中在微分器输入端串接了一个小电阻,，并在反馈回路里并联了一个小电容,。这么能够消除自激并抑制电路高频噪声。,当微分运算电路输入为方波时，其输出为尖脉冲波，如图 1.8.10 所表示。当输入为三角波时，其输出为方波，如图 1.8.11 所表示。,图1.8.10 图1.8.11,图1.8.10 输入为方波时微分器输出波形,图1.8.11 输入为三角波时微分器输出波形,12/17,三、试验内容及步骤,1.反相百分比运算电路,(1)连接电路,按照图 1.8.2 所表示电路原理图：,在面包板上插好电路。并按照图 1.8.1 所表示电路连接调零电路。检验无误后，接通电源。电源电压,CC =+12 V，,EE=12 V。,13/17,(2)调零,将电路输入端对地短路，调整调零电位器，使,v,0=0。然后将输入端与地断开。本试验若采取运算放大器 LM324,则不需要调零。,(3)测量,在输入端与公共地之间分别加入,Vi,=+0.5 V 或,Vi,=0.5 V直流电压，测量对应输出电压,v,0，计算电路增益,Vf。测量运放同相输入端电压,p 和反相输入端电压,N，了解“虚地”概念。产生直流电压,Vi,电路如图 1.8.12 所表示.,输入频率为,1 kHz、幅值为 0.5 V 正弦信号，测量对应输出电压，计算,Vf。,2.同相百分比运算电路,(1)按照图 1.8.3 所表示电路进行试验。,(2)试验内容和方法与反相百分比运算电路相同。,14/17,3.加法运算电路,(1)连接电路.,按照图 1.8.4 连接电路。,(2)调零,将两个输入端对地短路，调整调零电位器，使,v,0=0，然后将两个输入端与地断开。,(3)在两个输入端分别加入,v,i1=,v,i2=0.5 V 直流信号，测量输出电压,v,0 。与理论值进行比较。4.积分运算电路,(1)调零,按照图 1.8.6 接好电源并调零。,(2)输入频率为 1kHz、幅度为 1V 方波信号，用示波器观察输出信号,v,0 波形。,15/17,4.积分运算电路,(1)调零,按照图 1.8.6 接好电源并调零。,(2)输入频率为 1kHz、幅度为 1V 方波信号，用示波器观察输出信号,v,0 波形。,5.微分运算电路,按照图 1.8.9 接好电路，输入频率为 1 kHz、幅度为 1 V 方波信号，用示波器观察输出信号,v,0 波形。,四、试验仪器与设备,1.低频信号发生器 1台,2.双踪示波器 1台,3.直流稳压电源 1台,4.万用表 1块,16/17,五、试验汇报要求,1.整理反相百分比运算电路、同相百分比运算电路、加法运算电路试验数据。与理论值比较。,2.比较反相百分比运算电路、同相百分比运算电路、加法运算电路在试验中测得电压,P、,v,i、,N 数值。深入了解运放“虚断”和“虚短”概念。,3.绘制积分运算和微分运算试验中输入、输出波形。,17/17,
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