實(shí)驗(yàn)五 集成運(yùn)放的線性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運(yùn)算電路的功能。2、了解運(yùn)算放大器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮的一些問題。二、實(shí)驗(yàn)儀器 模擬電路箱( )、數(shù)字萬用表( )、雙蹤示波器( )、信號發(fā)生器( )等三、實(shí)驗(yàn)原理集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反饋電路時(shí)，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種特定的函數(shù)關(guān)系。在線性應(yīng)用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)等模擬運(yùn)算電路。1、理想運(yùn)算放大器特性在大多數(shù)情況下，將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，就是將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。滿足下列條件的運(yùn)算放大器稱為理想運(yùn)放：開環(huán)電壓增益 輸入阻抗 輸出阻抗 帶寬 失調(diào)與漂移均為零等。理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：（1）輸出電壓與輸入電壓之間滿足關(guān)系式 由于，而為有限值，因此，V。即，稱為“虛短”。（2）由于，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，即,稱為“虛斷”。這說明運(yùn)放對其前級吸取電流極小。上述兩個(gè)特性是分析理想運(yùn)放應(yīng)用電路的基本原則，可簡化運(yùn)放電路的計(jì)算。2、基本運(yùn)算電路（1）反相比例運(yùn)算電路電路如圖1所示。對于理想運(yùn)放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為為了減小輸入級偏置電流引起的運(yùn)算誤差，在同相輸入端應(yīng)接入平衡電。（2）反相加法運(yùn)算電路 電路如圖2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 圖 1 反相比例運(yùn)算 圖2 反相加法運(yùn)算（3）同相比例運(yùn)算電路 圖3（a）是同相比例運(yùn)算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為 當(dāng)時(shí)，即得到如圖3（b）所示的電壓跟隨器。圖中，用以減小漂移和起保護(hù)作用。一般取，太小起不到保護(hù)作用，太大則影響跟隨性。(a) 同相比例運(yùn)算電路(b) 電壓跟隨器圖3 同相比例運(yùn)算電路（4）差動(dòng)放大電路(減法器)對于圖4所示的減法運(yùn)算電路，當(dāng)，時(shí)，有如下關(guān)系式 （5）積分運(yùn)算電路反相積分電路如圖5所示。在理想化條件下，輸出電壓Uo等于 式中是時(shí)刻電容兩端的電壓值，即初始值。如果是幅值為的階躍電壓，并設(shè)，則 圖4 減法運(yùn)算電路即輸出電壓隨時(shí)間增長而線性下降。顯然的數(shù)值越大，達(dá)到給定的值所需的時(shí)間就越長。積分輸出電壓所能達(dá)到的最大值受集成運(yùn)放最大輸出范圍的限值。圖5 積分運(yùn)算電路K2的設(shè)置一方面為積分電容放電提供通路，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)積分電容初始電壓；另一方面，可控制積分起始點(diǎn)，即在加入信號后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進(jìn)行積分運(yùn)算。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)前要看清運(yùn)放組件各管腳的位置如圖6；切忌正、負(fù)電源極性接反和輸出端短路，否則將會(huì)損壞集成塊。 圖6 741管腳圖實(shí)驗(yàn)中采用的集成運(yùn)放型號為741，引腳排列如圖6所示。它是八腳雙列直插式組件，腳和腳為反相和同相輸入端，腳為輸出端，腳和腳為正，負(fù)電源端，腳和腳為失調(diào)調(diào)零端，腳之間可接入一只幾十K的電位器并將中心抽頭接到負(fù)電源端。腳為空腳。注：實(shí)驗(yàn)板上，八腳的IC需要外接調(diào)零，否則，不需要。1、反相比例運(yùn)算電路（1）按圖1連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12V電源，輸入端對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。（2）從輸入V的直流信號，用數(shù)字萬用表記錄和的數(shù)字關(guān)系，改變輸入電壓值，將結(jié)果記入表1。 表1 反相比例運(yùn)算次數(shù)（V）（V）實(shí)測值理論值10.52-0.52、同相比例運(yùn)算電路（1）按圖3（a）連接實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)步驟同上，將結(jié)果記入表2。（2）將圖3（a）中的斷開，得圖3（b）電路,重復(fù)內(nèi)容（1），將結(jié)果記入表3。 表2 同相比例運(yùn)算次數(shù)（V）（V）實(shí)測值理論值10.52-0.5表3 電壓跟隨次數(shù)（V）（V）實(shí)測值理論值10.52-0.53、反相加法運(yùn)算電路（1）按圖2連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12V電源，輸入端、對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。（2）輸入信號采用直流信號，用數(shù)字萬用表測量輸入電壓、及輸出電壓，改變、數(shù)值，將結(jié)果記入表4。（注意：實(shí)驗(yàn)時(shí)要選擇合適的直流信號幅度以確保集成運(yùn)放工作在線性區(qū)）。表4 反相加法運(yùn)算次數(shù)（V）（V）（V）實(shí)測值理論值10.5-1.02-0.51.04減法運(yùn)算電路表5減法運(yùn)算次數(shù)（V）（V）（V）實(shí)測值理論值10.51.021.00.5（1）按圖4連接實(shí)驗(yàn)電路，接通12V電源，輸入端、對地短路，進(jìn)行調(diào)零和消振。（2）采用直流輸入信號，實(shí)驗(yàn)步驟同內(nèi)容3，記入表5。5積分運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)電路如圖5所示。預(yù)先用示波器觀察方波信號KHZ,V，接入實(shí)驗(yàn)電路，再打開K2，然后用雙蹤示波器觀察輸入、輸出信號波形，并記錄波形。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出必要的波形圖(注意波形間的相位關(guān)系)。2、將理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測數(shù)據(jù)相比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。3、分析討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題。六、預(yù)習(xí)要求和思考題1、復(fù)習(xí)集成運(yùn)放線性應(yīng)用部分內(nèi)容，并根