实验九集成运算放大器(I).doc
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实验九 集成运算放大器(Ⅰ)
—信号运算电路
一、实验目的
掌握由集成运算放大器组成的基本运算电路的功能。
了解运算放大器在实际应用时应考虑的问题。
进一步掌握正确使用电子仪器的方法。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元、器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
集成运放电路由四部分组成,即输入级、中间级、输出级和偏置电路。
集成运放的主要性能指标:
1. 开环差模增益AOd,是在集成运放无外加反馈时的差模放大倍数称为开环差模增益, AOd=Δuo/Δ(up-uN),常用分贝(dB)表示,其分贝数为20lg|AOd|。|AOd/AOC|,用分贝表示其数值为20 lgKCMR。
3. 差模输入电阻rid,是集成运放在输入差模信号时的输入电阻。rid越大,从信号源索取的电流越小。
4. 输入失调电压UIO,是使输入电压为零时在输入端所加的补偿电压,其数值时当uI=0时,输出电压折合到输入端电压的负值,即UIO= -。
5. 输入失调电流IIO,它反映了输入级差放管输入电流的不对称程度。
1.反相比例运算电路
电路如图9-1所示,对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:
uO=-ui R2=R1//RF
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R2,而R2=R1//RF。
2.同相比例运算电路
图9-2是一个同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为:
uO=()ui R2=R1//RF
3.反相加法电路
电路如图9-3所示,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:
uO= -(ui1+ui2) R3=R1//R2//RF
4.减法运算电路(差分放大电路)
电路如图9-4所示,当R1=R2,R3=RF时,其输出与输入的关系如下:
uO=(ui2 -ui1)i。
6.积分运算电路
反相积分电路如图9-6所示,在理想化条件下,输出电压uO等于:
uO(t)=ui dt + uC(0)
式中uC(0)是t = 0时刻电容C两端的电压值,即初始值。
如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设uC(0)= 0,则:
uO(t)= E dt = -t
即输出电压uO(t)随时间增长而线性下降。RC的数值越大,达到给定值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。
三、实验仪器与设备
1. DS1052E型数字示波器
2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器
3. YB2173F智能数字交流毫伏表
4. DT9205型数字万用表
5. EL-ELA-Ⅳ型模拟电路实验仪
四、实验内容及步骤
实验前要熟悉运放组件各管脚的位置;切忌正、负电源极性接反和输出端短路,否则将会损坏器件。
1. 反相比例运算电路
(1)按图9-1连接实验电路,使ui=0;接通±12V直流电源,进行调零。
(2)在放大器的输入端输入f=100HZ,ui=0.5V的正弦交流信号,用交流毫伏表测量uO,并用示波器观察uO和ui的相位关系,记入表9-1中。计算放大倍数AV,与理论值比较。
图9-1 反相比例电路 图9-2 同相比例电路
(3)在实验仪上取一路-5V~+5V可调直流信号源,给放大器输入0.5V的直流信号,用直流电压档测量相应的UO值,记入表9-1中。计算放大倍数AV,与理论值比较。
表9-1 反相比例电路测量记录
输入 ui(V) uO(V) ui、uO波形 放大倍数AV 交 流 输 入 0.5 实测值 理论值 直流
输入 0.5 /
2.同相比例运算电路
表9-2 同相比例电路测量记录
输入 ui(V) uO(V) ui、uO波形 放大倍数AV 交 流 输 入 0.5 实测值 理论值 直流
输入 0.5 / (1)按图9-2连接实验电路,调零。
(2)在放大器的输入端输入f=100HZ,ui=0.5V的正弦交流信号,用交流毫伏表测量相应的uO,并用示波器观察uO和ui的相位关系,记入表9-2中。计算放大倍数AV,与理论值比较。
(3)将0.5V的直流电压加在电路的输入端,测量UO值,记入表9-2中。计算放大倍数AV,与理论值进行比较。
3.反相加法运算电路
(1)按图9-3连接实验电路,接通电源,调零。
(2)在反相加法器的两个输入端分别输入直流电压:Ui1= +0.5V、Ui2= -0.2V,测量UO值,
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