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1、实验七电子实做实验电子电路开放实验 实验七 集成运算放大器的线性应用 一、设计目的 1学习运算放大器三种输入组态的基本应用，深刻理解“虚地”、“虚短”、“虚断”的基本概念。 2. 掌握集成运算放大器组成的反相放大、同相放大、差动放大和积分运算电路。 3熟悉A741的管脚并掌握基于A741运算电路的组成，并能验证运算的功能。 二、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。按照性能的不同，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 ，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
2、如图4.12.1(a)所示，图4.12.l(b)为其调零电路。 图5.0 A741集成运算放大器 管脚排列 调零电路 本次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。 电路结构及说明 1反相放大器电路结构： 理想条件下，表达式：Au=uoui=-RfR1。 由于反相输入组态为深度并联负反馈，闭环输入
3、电阻下降为外接电阻R1 ，设计放大电路- 1 - 电子电路开放实验 时，需根据对输入阻抗的要求，适当选择R1 、Rf ，一般阻值不能取得过大，以免引起较大的失调温漂。说明：R1=R2时电路保持平衡。 2同相放大器电路结构 理想条件下，表达式：Au=uoui=1+RfR1。 说明：R1=R2 ，R3=Rf电路保持平衡，减少输入引起失调电压的误差。 3反相比例加法器电路结构 右图为反相求和放大电路，电路的输入输出关系为： uo=-(RfR11ui1+RfR12ui2) 由于为反相输入组态，求和点反相输入端为虚地，各路输入电压彼此独立，因此当一路输入电压为零时，则在其输入电阻上无压降，不影响其它路的
4、求和运算。 4差动减法器电路结构 图4.12.2(d)为差动放大电路，当R1=R2，R3=Rf时，电路的输入输出关系为： uo=RfR1(ui2-ui1) 5反相积分器电路结构 1R1C理想条件下，表达式：uo=-ui(t)dt。 说明：输入方波信号，输出是输入对时间的积分，负号表示输入与输出反相。当输入电压为方波时，输出电压为三角波，其输出电压的峰值为： uOP-P=-1uSP-PT2R1C2- 2 - 电子电路开放实验 C为反馈元件。Rf为分流电阻,它是给直流反馈提供通路避免失调电压在输出端产生积累电荷，使积分器产生饱和，Rf取大些可改善积分线性。 R1=R2保持电路平衡。 当选择时间常数
5、t=R1C=T时，那么：uOP-P=- 三、实验仪器 1. 直流稳压电源 2函数信号发生器 3示波器 4数字万用表 5元件清单 反相比例 1uSP-PT1=-uSP-P。 2R1C24Quantity 1 2 1 同相比例 Description RESISTOR, 100k 2% RESISTOR, 10k 2% OPAMP, 741 Description RESISTOR, 100k 2% RESISTOR, 10k 2% OPAMP, 741 RefDes R3 R2, R1 U1 RefDes R4, R3 R2, R1 U1 Quantity 2 2 1 反相求和 Quantity
6、 Description RefDes 4 RESISTOR, 10k 2% R4, R3, R2, R1 1 OPAMP, 741 U1 差分 Quantity Description RefDes 4 RESISTOR, 10k 2% R4, R3, R2, R1 1 OPAMP, 741 U1 反相积分 Quantity 1 2 1 四、实验内容及步骤 Description RESISTOR, 100k 2% RESISTOR, 10k 2% OPAMP, 741 RefDes R3 R2, R1 U1 - 3 - 电子电路开放实验 1准备工作 (1)熟悉各实验电路，了解A741及各元
7、件的作用与功能。 (2)调节双路稳压电源的两路输出分别为12V，然后按右图接成共地输出的正、负12V电源。 2. 反相放大电路 (1)按图5.1接线，取R1=10kW，Rf=100kW组成反相放大电路。 (2) 输入端加1kHz的正弦信号，在输出电压不失真的情况下，用双踪示波器观察输入、输出电压的相位关系。并测量放大电路的电压放大倍数。 仿真图： 1715XSC1U16A+_+B_Ext Trig+_R1V112 V 10k2%V3GND337412 V(rms): 100 mVProbe1,Probe16R254R3100k2%4 V(rms): 1.00 VV212 V 100mVrms
8、1kHz 0 GND210k2%Probe2,Probe23.同相放大电路 按图5.2接线，取R1=10kW，Rf=100kW组成同相放大电路。实验内容和步骤 同反相放大电路。 - 4 - 电子电路开放实验 1R13V3V112 V V(rms): 100 mVXSC16715U16TektronixPG1234T710kR42%110mVrms 100k1kHz 2%0 R2GND510k2%3Probe1,Probe174124R3100k2%4Probe2,Probe2 V(rms): 1.10 VV212 V GND24.加法运算电路 按图5.3接线，取R11=R12=Rf=10kW，
9、组成反相加法运算电路。用信号源提供的两个交流信号验证加法关系并记录。 13GND10kV112 V 750mVrms 1kHz 0 R423715XSC2U1Tektronix6741510k2%R2610k2%44PG1234TR310k2%GNDV212 V 100mVrms 1kHz 0 2- 5 - 电子电路开放实验 5差动放大电路 按图5.4接线，取R1=R2=R3=Rf=10kW，组成差动放大运算电路。用信号源提供的两个交流信号验证加法关系并记录。 3V31R1XSC1R463715V112 V 7V212 V 10k10k2%2%200mVrms 1kHz R20 8GND5V4
10、10k2%100mVrms 1kHz 0 GND2U16TektronixPG1234T74124R310k2%45反相积分运算电路 C按图5.5接线，取R1=10kW，=0.01mF组成反相积分运算电路。输入峰峰值uIP-P=0.4V，频率为10kHz的方波信号，用双踪示波器同时观察,在同一个坐标轴上画出输入，输出的波形并记录uo的峰峰值uOP-P。 - 6 - 电子电路开放实验 1715XSC1U16R1V112 V GND10k2%V363TektronixPG1234T374124R210k2%5100k2%R3C110nF4V212 V -0.2 V 0.2 V 50usec 100
11、usec GND2五、预习要求 1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。 2认真复习有关运放应用方面的理论知识。 3设计并画出实验电路图，标明各元器件数值和型号。 4事先计算好实验内容中的有关理论值，以便和实验测量值比较。 六、实验报告要求 1列出各实验电路的设计步骤及元件计算值。 2列表整理实验数据，并与理论值进行比较、分析和讨论。 3用坐标纸描绘观察到的各个信号波形和频率特性曲线。 4实验心得体会。 5回答思考题。 七、思考题 1集成运放在运放前，为什么要连接成闭环状态调零？可否将反馈支路电阻Rf开路 调零？ 2积分电路中，跨接在电容两端的电阻Rf起什么作用？ 3若在积分电路输入端送入一方波信号，输出应是什么波形？画出相应的波形图。 - 7 - 电子电路开放实验 - 8 -
