华中科技大学电子线路实验报告集成运算放大器的基本应用

dvo(t ) dt
将 iR, iC 代入，并设电容两端初始电压为零，则
vo(t )
1 t v1(t )dt R1C 0
当输入信号 v1(t ) 为幅度 V 1 的直流电压时，
vo(t )
1 t 1 V 1dt V 1t 0 R1C R1C
此时输出电压 vo (t ) 的波形是随时间线性下降的，如图 5。当输入信号 v1(t ) 为正方波时，输 出电压 vo (t ) 的稳态波形如图 6 所示。
Rf 10 R1, C 1F 。
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。
14
13
12
11
10
9
8
+
+
+ -
+ -
1
2
3
4
5
6
7
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 Ri 10k 。 ○ 2 在该放大器输入端加入 f ○ 电压，电压增益。
R 5.1k 100k
vo
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 R1 R 2, R Rf 时，输出电压
3
vo
Rf (v12 v11) R1
Rf
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。
R1 10k v11
100k
A v12 R2 100k
华中科技大学 《电子线路设计、测试与实验》实验报告
实验名称： 院（系） ： 专业班级： 姓名： 学号： 时间： 地点： 实验成绩： 指导教师：
集成运算放பைடு நூலகம்器的基本应用
2013 年 5 月 7 日
1
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。
八、小结
本次实验相比于前几次实验而言，相对简单，因而做的也较快。唯一容易出错的地方在于实 验电路需要更换， 因而换电路时， 要特别注意电阻的阻值， 最好用万用表量一下在接入电路。 本实验应用到了集成运算放大器， 这是以前的实验没有接触到的， 本实验了解到了集成运放 的连接方式，因而也有一些收获。
7
九、
1.在反相比例加法运算电路中 （开关 S 置 A 点） 。 R'值应怎样确定？若 R1=R2=10kΩ， R'=5.1k Ω，试问：取 R1=10kΩ和 R1=100kΩ两种情况下，哪一种运算精度高？为什么？对照实验结 果分析。 答：① R Rf // R1 // R 2 ，②R1=100kΩ精度高，因为当 R1 越小，信号的放大越明显，则精 度越高。 2.若输入信号与放大器的同相端相连， 当信号正向增大时， 运算放大器的输出时正还是负？ 答：因为放大器同相端与输出端同相，所以输出应为正 3.若输入信号与放大器的同相端相连， 当信号反向增大时， 运算放大器的输出时正还是负？ 答：放大器反相端与输出端反相，当信号负向增大，输出应为正
2 用 DC 挡测试 Vi, Vo ，画出其波形，标出其幅值和周期 ○ 获得如下波形
六、 实验结果及分析
1、反相比例运算
Vo Vi Vi=608mV Vi=704mV 6.32V 7.28V 6.08V 7.04V 3.9% 3.4% Vo 实测值 Vo 理论值 相对误差
实验结果分析结论： 由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效 2、反向比例积分电路
实验中出现的问题、分析及解决方案
用示波器测量电压时，电压的示数跳动较为严重，采样采取平均后，跳动有所缓解，但示数 仍难连续变化，当信号源电压连续变化时，用示波器读出是 8 毫伏 8 毫伏地变化，感觉这是 引起误差较为严重的因素。另外，电阻阻值的误差，电路接触也会引起误差，但应该不大。
8
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” ，
v11 和 v12 均可通过 R1 、 R 2 转换成电流，实现代数相加，其输出电压
Rf Rf vo v11 v12 R2 R1
当 R1 R 2 R 时
4、反相比例减法运算
Vi Vi1=960mV Vi2=700mV Vi1=960mV Vi2=600mV Vo Vo 实测值 Vo 理论值 相对误差
2.40V 3.54V
2.60V 3.60V
7.7% 1.7%
实验结果分析结论： 由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效
七、思考题
4
实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻 Rf ，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 Rf 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 RfC R1C 。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
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
f 0 R 1 R1
Rf R1
10k 100k
v1
A RL 10k
R 9k
vo
图1
反向比例运算电路原理图
2
其输入电阻 Rif R1 ，图中 R Rf // R1 。 由上式可知，改变电阻 Rf 和 R1 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益 Avf 。 在选择电路参数是应考虑： 1 根据增益，确定 Rf 与 R1 的比值，因为 ○
二.实验元器件
类型 集成运算放大器 电位器 电阻 型号（参数） LM324 1kΩ 100kΩ 10kΩ 5.1kΩ 9kΩ 电容 0.01μf 数量 1片 1只 2 只； 3 只； 1 只； 1只 1只
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。
vo
Rf v11 v12 R
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。 Rf 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 R Rf // R1 // R 2 。
Rf R1 10k v11 A v12 R2 100k RL 5.1k
6
实验结果分析结论： 方波上升与下降沿未明显显示出来，但不影响实验结果，实验结果有效
3、反相比例加法运算
Vo Vo 实测值 Vo 理论值 相对误差
Vi Vi1=480mV Vi2=300mV Vi1=480mV Vi2=400mV
8.00V 8.80V
7.80V 8.80V
2.6% 0.0%
实验结果分析结论： 由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效
Avf
Rf R1
所以，在具体确定 Rf 和 R1 的比值时应考虑；若 Rf 太大，则 R1 亦大，这样容易引起较大的 失调温漂；若 Rf 太小，则 R1 亦小，输入电阻 Rif 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求， 故一般取 Rf 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 Ri R1 先确定 R1 ，再求 Rf 。 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 R Rf // R1 ，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。
1kHz 的正弦电压，峰峰值 500mv，测量放大器的输出
2. 反相比例加减法
1 输入 1kHz 正弦波，峰峰值为 500mv，调节 Rp 产生 Vi 2 pp 500 mv ○
5
2 测量输出电压 V ○ 电路如下图
加减法运算电路
3.
反向比例积分电路
1 输入 f ○
500 Hz ，峰峰值为 1V 的正方波（调节 offset 使其为正方波）
vo
R 100k
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
0.01uf
Rf R1 10k v1 A vo
100k
RL
R’ 9k 10k
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 Rf 开路时，可人认为 iR ic ，其中
iR
v1 R1
i c C