集成运算放大器的基本应用
- 格式:docx
- 大小:496.67 KB
- 文档页数:7
实验名称集成运算放大器的基本应用
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
集成运算放大器LM324 1片
电位器1kΩ1只
电阻100kΩ2只;10kΩ3只;5.1kΩ1只;9kΩ1只
电容0.01μf 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。
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
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
3. 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
v o
v 1
0.01uf
L
图4
4. 积分运算电路
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
图
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<>。
5. 集成运算放大器LM324
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