模电实验运算放大器报告文档

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《电子线路设计、测试与实验》实验报告

实验名称:集成运算放大器的基本应用

院(系):

专业班级:

姓名:

学号:

时间:

地点:

实验成绩:

指导教师:

一.实验目的

1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。

2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。

3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法,重点掌握积分输入,输出波形的测量和描绘方法。

二.实验元器件

三、预习要求

1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。

2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。

3.实验前计算好实验内容中得有关理论值,以便与实验测量结果作比较。

4.自拟实验数据表格。

四.实验原理及参考电路

本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。

1. 反向比例运算

反向比例运算电路如图1所示,设组件LM324为理想器件,则 11

0υυR R f -=

R f

v o

v 1

图1 反向比例运算电路原理图

其输入电阻1R R if ≈,图中1//R R R f ='。

由上式可知,改变电阻f R 和1R 的比值,就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑:

1根据增益,确定f R 与1R 的比值,因为 1

R R A f

vf -

= 所以,在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑;若f R 太大,则1R 亦大,这样容易引起较大的失调温漂;若f R 太小,则1R 亦小,输入电阻if R 也小,可能满足不了高输入阻抗的要求,故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。

若对放大器输入电阻有要求,则可根据1R R i =先确定1R ,再求f R 。

2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻,可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响,一般取1//R R R f =',由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈,其输入、输出阻抗均较低。

本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。

2. 反向比例加法运算

反向比例加法运算电路如图2所示,当运算放大器开环增益足够大时,其输入端为“虚地”,11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流,实现代数相加,其输出电压 ⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=122111

v R R v R R v f f

o

当R R R ==21时

()1211v v R

R v f

o +-

= 为保证运算精度,除尽量选用精度高的集成运算放大器外,还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理,图中的21////R R R R f ='。

R f

v o

v 12

v 11

图2 反向比例加法运算电路原理

3. 反向比例减法运算

减法运算电路如图3,当f R R R R ='=,21时,输出电压 )(11121

v v R R v f

o -=

在电阻值严格匹配情况下,本电路具有较高的共模抑制能力。

R f

v o

v 12

v 11

图3 反向比例减法运算电路原理

4. 反向比例积分运算电路

v o

v 1

0.01uf

L

图4 反向比例积分运算电路原理

如图4,当运算放大器开环电压增益足够大,且f R 开路时,可人认为c R i i =,其中

11R v i R =

dt

t dv C i o c )(-= 将C R i i ,代入,并设电容两端初始电压为零,则 dt t v C

R t v t

o ⎰-

=011)(1)( 当输入信号)(1t v 为幅度1V 的直流电压时,

t t o V C

R dt V C R t v 110111

1)(-=-=⎰

此时输出电压)(t v o 的波形是随时间线性下降的,如图5。当输入信号)(1t v 为正方波时,输出电压)(t v o 的稳态波形如图6所示。

V1

o Vo

5o

vo 图6

v1

o

实际电路中,通常在积分电容两端并联反馈电阻f R ,用于直流负反馈,其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移,其阻值必须取得大些,否则电路将变成一阶低通滤波器。同时f R 的加入将对电容C 产生分流作用,从而导致积分误差。为克服误差,一般需满足C R C R f 1>>。C 太小,会加剧积分漂移,但C 增大,电容漏电流也会随之加大。通常取

F C R R f μ1,101<>。

集成运算放大器LM324的内部电路结构和引脚排列如图7所示。

五.硬件实验内容

1. 反相比例运算

○1设计并安装反向比例运算电路,要求输入阻抗Ω=k R i 10。

○2在该放大器输入端加入kHz f

1=的正弦电压,峰峰值500mv ,测量放大器的输出电压,电压增益。

2. 反相比例加减法

○1输入1kHz 正弦波,峰峰值为500mv ,调节p R 产生mv V pp i 5002< ○2测量输出电压V 电路如下图

R 110k

v o

R f

1k

加减法运算电路

3. 反向比例积分电路

○1输入Hz f 500=,峰峰值为1V 的正方波(调节offset 使其为正方波) ○2用DC 挡测试o i V V ,,画出其波形,标出其幅值和周期 获得如下波形

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