集成运放组成的基本运算电路实验报告.docx

P．14

实验名称： 姓名： 学号：
装 订 线

专业：电气工程及其自动化
姓名：
学号：
日期：
地点：

实验报告

课程名称： 电路与电子技术实验 指导老师： 成绩：
实验名称： 集成运放组成的基本运算电路实验 实验类型： 同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、 实验目的和要求
1. 研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能；
2. 掌握集成运算放大电路的三种输入方式。
3. 了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题；
4. 理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响；
5. 学会用集成运算放大器实现波形变换
二、 实验内容和原理
1. 实现两个信号的反相加法运算
2. 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值
3. 实现单一信号同相比例运算(选做)
4. 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值，测量闭环传输特性：Vo = f (Vs)
5. 实现两个信号的减法(差分)运算
6. 输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值
7. 实现积分运算(选做)
8. 设置输出初态电压等于零；输入接固定直流电压，断开K2，进入积分；用示波器观察输出变化(如何设定X轴,Y轴和触发方式)
9. 波形转换—方波转换成三角波
10. 设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C
11. 在Tp<<τ、Tp ≈τ 、Tp>>τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。
三、 主要仪器设备
1. 集成运算电路实验板；通用运算放大器μA741、电阻电容等元器件；
2. MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 。

四、 实验内容、数据记录及处理分析
1. 读取几个元器件的标称，并用万用表测量其真实值
元件

标称
实测
金属膜电阻
蓝灰棕金
680/5%
675
金属膜电阻
棕黑黄金
100000/5%
102.3k
金属膜电阻
棕红棕黄
120/5%
120.6
电解电容

10uF
9.31uF
圆片陶瓷电容
103
10nF
11.3nF
圆片陶瓷电容
104
100nF
83.3nF
电位器

47k
43.5k
电位器

250k
216k
电位器

250k
223k

2. 实现两个信号的反相加法运算

实验仿真电路图如下

实验数据记录

测量输入和输出信号的幅值，并用示波器观察输入和输出信号波形，将实验结果记录在下述表格中：

输入信号vs1
输入信号vs2
输出电压vo
(V)
(V)
(V)
有效值
波 形
有效值
波 形
有效值
峰值
波形
72.12mV
上图一号波
72.12mV
上图一号波
1.7007V
4.78V
上图一号波

根据公式 ，由两个Vs，计算Vo

得到 Vo=—（10*72.12mV+10*72.12mV） = 1.4424V 与实验所得数据1.7V相差不大，可以接受，会产生此误差，可能因为电阻等元件存在误差，也可能运算放大器本身在无信号输入时就已经有输出。

3. 实现单一信号同相比例运算
实验步骤：
测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。
测出电压传输特性，并记录曲线。
电压传输特性是表征输入输出之间的关系曲线，即 vo= f (vs) 。电压传输特性曲线可用示波器来观察。

电路图如下

仿真结果如下

实验数据记录
测量输入和输出信号的幅值，并用示波器观察输入和输出信号波形，将实验结果记录在下述表格中：

输入信号vs
输出电压vo
(V)
(V)
有效值
波 形
有效值
峰值
波形
74.35mV
见上图一号波形
841.1mV
2.387V
见上图二号波形

根据公式 ，由Vs，计算Vo

得到 Vo=（1+10）*74.35m = 817.85mV 与实验所得数据841.1mV基本相同，实验成功。

4. 实现两个信号的减法(差分)运算
实验步骤：
测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。

电路图如下

仿真结果如下

实验数据记录
测量输入和输出信号的幅值，并用示波器观察输入和输出信号波形，将实验结果记录在下述表格中：

输入信号vs1
输入信号vs2
输出电压vo
(V)
(V)
(V)
有效值
波 形
有效值
波 形
有效值
峰值
波形
7.053V
上图一号波形
7.053V
上图一号波形
215.29mV
607mV
上图二号波形

根据公式 ，由两个Vs，计算Vo

得到 Vo= 10*7.053V—10*7.053V = 0V 与实验所得数据0.21529V相差不大，可以接受，会产生此误差，可能因为电阻等元件存在误差，也可能运算放大器本身在无信号输入时就已经有输出。

5. 积分运算电路

Vo=-1R1C0tVsdt
电路图如下

仿真结果如下

6. 波形转换—方波转换成三角波

Vo=-1R1C0tVsdt

电路仿真如下
A T=0.1ms时

B T=100ms时

C T=1s时

数据记录：
接三种情况加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。
1、Tp<<τ 2、Tp ≈τ 3、Tp>>τ

1、T=100us

2、T=99.9ms

3、T=998ms

vs周期
vs幅度值
vo线性情况
vo幅度值
100us
1.095V
第一幅图二号波形
20.5mV
99.9ms
0.998V
第二幅图二号波形
4.68V
998ms
1.045V
第三幅图二号波形
10V

根据公式 Vo=-1R1C0tVsdt，由Vs，计算Vo

1、当T=100us时
得到Vo=-1R1C0tVsdt=0.02329V ,与实验所得的20.5mV接近，可以接受
2、当T=99.9ms时
得到Vo=-1R1C0tVsdt=21.21V ,与实验所得的4.68V有较大差距，存在的误差有可能是人为或者系统本身的误差
3、当T=998us时
得到Vo=-1R1C0tVsdt=221.89V ,与实验所得的10V相差甚远，此时观察波形，可以看到积分段早已经呈现平直线，可见时间常数比方波周期小得多，早已经充电完毕。

五、 讨论、心得
（1） 做运算放大器电路的实验需要谨慎连接电路，连接好以后最好再检查一下电路，以免电路连接不慎导致运放芯片被烧掉
（2） 运算放大器在使用前必须仔细阅读运算放大器的使用手册和注意事项
集成运放使用注意事项
查阅手册了解引脚的排列及功能；
检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电源短路；
输入信号应远小于 VIdM 和VICM，以防阻塞或损坏器件；
电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；
输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流放大需调零