实验三 集成运算放大器的基本应用
—— 模拟运算电路
一、实验目的
1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验仪器
1．双踪示波器
2．万用表
3．交流毫伏表
三、实验原理
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。
1）反相比例运算电路
电路如图11-1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
iFOURRU1 （11-1）
图11-1 反相比例运算电路
为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=R1∥RF。
2）反相加法电路
图11-2 反相加法运算电路
电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为
)(2211iFiFOURRURRU R3=R1∥R2∥RF （11-2）
3）同相比例运算电路
图11-3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为
iFOURRU)1(1 R2=R1∥RF （11-3）
当R1→∞时，UO=Ui，即得到如图11-3（b）所示的电压跟随器。图中R2=RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
图11-3 同相比例运算电路
4）差动放大电路(减法器)
对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式：
)(1120iiUURRFU （11-4）
第六章 集成运放组成的运算电路
运算电路
例6-1 例6-2 例6-3 例6-4 例6-5 例6-6 例6-7 例6-8 例6-9
例6-10 例6-11
乘法器电路
例6-12 例6-13 例6-14
非理想运放电路分析
例6-15
【例6-1】试用你所学过的基本电路将一个正弦波电压转换成二倍频的三角波电压。要求用方框图说明转换思路，并在各方框内分别写出电路的名称。
【相关知识】
波形变换，各种运算电路。
【解题思路】
利用集成运放所组成的各种基本电路可以实现多种波形变换；例如，利用积分运算电路可将方波变为三角波，利用微分运算电路可将三角波变为方波，利用乘方运算电路可将正弦波实现二倍频，利用电压比较器可将正弦波变为方波。
【解题过程】
先通过乘方运算电路实现正弦波的二倍频，再经过零比较器变为方波，最后经积分运算电路变为三角波，方框图如图（a）所示。
【其它解题方法】
先通过零比较器将正弦波变为方波，再经积分运算电路变为三角波，最后经绝对值运算电路（精密整流电路）实现二倍频，方框图如图（b）所示。
实际上，还可以有其它方案，如比较器采用滞回比较器等。
【例6-2】电路如图(a)所示。设为A理想的运算放大器，稳压管DZ的稳定电压等于5V。
（1）若输入信号的波形如图(b)所示，试画出输出电压的波形。
（2）试说明本电路中稳压管的作用。
图(a) 图(b)
【相关知识】 反相输入比例器、稳压管、运放。
【解题思路】
（1）当稳压管截止时，电路为反相比例器。
（2）当稳压管导通后，输出电压被限制在稳压管的稳定电压。
【解题过程】
（1） 当时，稳压管截止，电路的电压增益
故输出电压
当时，稳压管导通，电路的输出电压被限制在，即。根据以上分析，可画出的波形如图(c)所示。
1
学号 姓名
实验项目 实验二集成运放基本运算电路
实验时间 月日 星期，节 实验台号
预习成绩 报告成绩
一、实验目的
1.掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。
2.学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验仪器
1. DDS 函数信号发生器 TFG2150V
2. 交流毫伏表 GVT—427B
3. 示波器 DS1052E
4. 数字万用表
5. 多功能模拟/数字电路学习机 TPE-AD2
三、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。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。在大多数情况下，将运放视为理想运放。满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益Aud=∞ ， 输入阻抗Ri=∞ ，输出阻抗Ro=0，带宽 fBW=∞， 失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：
1.输出电压UO与输入电压之间满足关系式UO＝Aud（U+－U－）
由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。
2.由于Ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。
1. 反相比例放大电路
电路如图2-1所示, 电路为电压并联负反馈，由“虚短”“虚断”有,
图2-1 反相比例放大电路 110,iAiABiUUUUUVIRR11,fifiOAffiRUIIUUIRURR2
2. 同相比例放大电路
电路如图2-2所示, 电路为电压串联负反馈，由“虚断”“虚短”有
图2-2 同相比例放大电路
3. 电压跟随电路
电路如图2-3所示, 电路为电压串联负反馈，根据“虚短”有
图2-3 电压跟随电路
4．反相求和放大电路
实验电路如图2-4所示, 电路为电压并联负反馈，分析方法与图2-2一样：
第六章 集成运放组成的运算电路
运算电路
例6-1 例6-2 例6-3 例6-4 例6-5 例6-6 例6-7 例6-8 例6-9
例6-10 例6-11
乘法器电路
例6-12 例6-13 例6-14
非理想运放电路分析
例6-15
【例6-1】试用你所学过的基本电路将一个正弦波电压转换成二倍频的三角波电压。要求用方框图说明转换思路，并在各方框内分别写出电路的名称。
【相关知识】
波形变换，各种运算电路。
【解题思路】
利用集成运放所组成的各种基本电路可以实现多种波形变换；例如，利用积分运算电路可将方波变为三角波，利用微分运算电路可将三角波变为方波，利用乘方运算电路可将正弦波实现二倍频，利用电压比较器可将正弦波变为方波。
【解题过程】
先通过乘方运算电路实现正弦波的二倍频，再经过零比较器变为方波，最后经积分运算电路变为三角波，方框图如图（a）所示。
【其它解题方法】
先通过零比较器将正弦波变为方波，再经积分运算电路变为三角波，最后经绝对值运算电路（精密整流电路）实现二倍频，方框图如图（b）所示。 实际上，还可以有其它方案，如比较器采用滞回比较器等。
【例6-2】电路如图(a)所示。设为A理想的运算放大器，稳压管DZ的稳定电压等于5V。
（1）若输入信号的波形如图(b)所示，试画出输出电压的波形。
（2）试说明本电路中稳压管的作用。
图(a) 图(b)
【相关知识】
反相输入比例器、稳压管、运放。
【解题思路】
（1）当稳压管截止时，电路为反相比例器。
（2）当稳压管导通后，输出电压被限制在稳压管的稳定电压。
【解题过程】
（1） 当时，稳压管截止，电路的电压增益
故输出电压
当时，稳压管导通，电路的输出电压被限制在，即。根据以上分析，可画出的波形如图(c)所示。
