实验三 集成运算放大器的线性应用

集成运算的线性应用实验报告篇一：集成运算放大器的线性应用--实验篇集成运算放大器的线性应用一、实验名称：集成运算放大器的线性应用二、实验任务及目的1.基本实验任务用运放设计运算电路。

2.扩展实验任务用运放构成振荡频率为500Hz的RC正弦波振荡器。

3.实验目的掌握运放线性应用电路的设计和测试方法三、实验原理及电路1.实验原理运算放大器的线性应用，即将运放接入深度负反馈时，在一定范围内输入输出满足线性关系。

2.实验电路图2.15.1 U0=5Ui1+Ui2（Rf=100k）电路（注意平衡电阻的取值！）图2.15.2 U0=5Ui2-Ui1（Rf=100k）电路（注意输入端电阻的匹配！）图2.15.3 uo??（Cf=0.01?F）电路?图2.15.4 可调恒压源电路（注意电位器的额定功率！）图2.15.5 恒流源电路（注意负载电阻的取值！）图2.15.6 RC正弦波振荡器四、实验仪器及器件1.实验仪器稳压电源1台，使用正常；数字万用表1台，使用正常；示波器1台，使用正常；函数信号发生器1台，使用正常。

2.实验器件DC信号源1个，使用正常；uA741运放2个，使用正常；1kΩ电阻1个，10kΩ电阻2个，15kΩ电阻1个，17kΩ电阻1个，20kΩ电阻2个，33kΩ电阻1个，51kΩ电阻1个，100kΩ电阻4个，0.01μF电容1个，10kΩ电位器1个，使用正常。

五、实验方案与步骤1.按照图2.15.1接好电路，将输入端接地（ui1=0，ui2=0），万用表监测输出电压，接通±15V电源后，调整调零电位器，尽量使Uo接近零，若不为零，则需记录该失调电压的数值。

将DC信号源接通电源，万用表监测DC信号源输出，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。

2.按照图2.15.2接好电路，记录该失调电压，将DC信号源接通电源，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。

3.按照图 2.15.3接好电路，调节函数信号发生器输出1kHz/4V的方波信号。

模拟电子线路实验实验三集成运算放大器的线性应用【实验名称】集成运算放大器的线性应用【实验目的】1.熟悉集成运算放大器的使用方法，进一步了解其主要特性参数意义；2.掌握由集成运算放大器构成的各种基本运算电路的调试和测试方法；3.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

【预习要点】1.复习课件中集成运放线性应用部分内容。

2.在由集成运放组成的各种运算电路中，为什么要进行调零？【实验仪器设备】【实验原理】集成运算放大器是一种高放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端和一个输出端，可对直流信号和交流信号进行放大。

外接负反馈电路后，运放工作在线性状态，其输出电压V o与输入电压V i的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无关。

改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能对V i进行各种数字运算。

本实验采用的集成运放型号为HA17741，引脚排列如图3-1(a)所示。

它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K 的电位器并将滑动触头接到负电源端。

⑧脚为空脚。

（a ） （b ）图3-1为了补偿运放自身失调量的影响，提高运算精度，在运算前，应首先对运放进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。

图3-1（b ）是调零电位器连接示意图，使用时必须正确使用引脚才能确保电路正常工作。

所谓调零并不是对独立运放进行调零，而是对运放的应用电路调零，即将运放应用电路输入端接地（使输入为零），调节调零电位器，使输出电压等于零。

如图3-2所示。

+-△+R 2v i2oR 1v i1+12V-12VR wR1542367+-△+R 2v i2oR 1v i1+12V-12VR wR1542367图3-2集成运算放大器按照输入方式可分为同相、反相、差动三种接法。

按照运算关系可分为比例、加法、减法、积分、微分等，利用输入方式与运算关系的组合，可接成各种运算电路。

实验题目 集成运算放大器的线性应用（3学时）
一、实验目的：
1． 学会使用集成运算放大器，了解其型号、参数的意义。

2． 掌握比例、求和运算电路的设计方法。

3． 分析运算精度与电路参数的关系。

二、预备知识：
1． 复习信号运算电路工作原理，了解集成运算放大器µF741的管脚排列与功能。

2． 设计运算电路以实现下列运算关系：
321425i i i o U U U U -+=
i o U U 5-=
)(512i i o U U U -=
i o U U =
其中，)100~50(321===i i i U U U mV 。

3． 完成预习报告。

三、实验要求：
1． 组装电路。

2． 调整电路使其正常工作。

3． 按照设计方案，验证运算结果，并与理论值进行比较。

4． 完成实验报告，要求：
① 画出所设计的实验电路。

② 列表、整理实验数据。

③ 分析误差原因。

④ 回答思考题。

四、思考题：
1． 设计电路时，对集成运算放大器的两个输入端外接电阻有什么要求？
2． 做运算电路实验时，是否需要调零（即0=i U 时，0=o U ）？不调零对电路有什么影响？。

集成运算放大器的线性应用实验佘新平编写一、 实验目的1．了解集成运放的使用方法；2．熟悉集成运放的双电源和单电源供电方法；3．掌握集成运放构成各种运算电路的原理和测试方法。

二、 实验仪器及器件 1．双踪示波器； 2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器；4．数字电路实验箱或实验电路板；5．数字万用表；6．集成电路芯片uA741 2块、瓷片电容0.01uF2个、电阻10k 10个、20k 5个、30k 2个、50k 2个、100k 2个、5.1k 1个、3.3k 1个、680k 1个，10k 电位器3个。

三、 预习要求1．熟悉集成电路芯片uA741的引脚图及功能； 2．掌握集成运放的工作特点；3．掌握构各种运算电路的形式及工作原理。

四、实验原理（1）集成运放简介集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电路。

集成运放uA741的电路符号及引脚图如图1所示。

图1 uA741电路符号及引脚图任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。

（a ）电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。

如：uA741的7脚和4脚。

（b ）输出端：只有一个输出端。

在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压。

如：uA741的6脚。

最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1～2V ；输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。

这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。

调零V - V + -V cc调零 +V cc NC V O（c ）输入端：分别为同相输入端和反相输入端。

如：uA741的3脚和2脚。

输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压V ic max。

四、实验原理集成运算放大器是一个集成化的高放大倍数的直接耦合放大电路。

接入深度负反馈后可构成各种信号运算电路，如比例、加法、减法、积分、微分等运算电路。

信号运算电路是集成运算放大器典型的线性应用电路。

1.反相比例运算电路，如图5.1所示。

i fo u RR u -= 2.同相比例运算电路，如图5.2所示。

i fo u RR u )1(+=3.反相加法运算电路，如图5.3所示。

)(2211fi f i o u R R u R R u +-= 4.差动运算电路，如图5.4所示。

)()1(1212i i fi f i f f f o u u RR u R R u R R R R R u -=-++= 5.积分运算电路，如图5.5所示。

dt u RC u i o ⎰-=1。

图5.2 同相比例运算电路 图5.3 反相加法运算电路 10k Ω10k Ω100k Ω10k Ω图5.4 差动运算电路10k Ω10k Ω100k Ω100k Ω当积分电路输入矩形波时，在矩形波的高电平期间，电容器恒流充电，输出电压线性下降，在矩形波的低电平期间，电容器先放后充，电流恒定，输出电压线性上升，又因为电容上电压不能突变，所以积分电路可以方便地完成矩形波与三角波的转换。

当输入电压是正弦波时，则输出波形与输入波形有90o 的相位差。

6. 微分运算电路，如图5.6所示。

dtduRC u i o -=。

当微分电路输入矩形波时，输出是对应于输入矩形波前后沿的尖脉冲，当输入电压是正弦波时，则输出波形与输入波形有90o 的相位差。

五、实验预习1．计算图5.1,5.2,5.3,5.4电路输出电压的理论值，并填入相应的表格中； 2. 写出图5.5和图5.6中输出电压与输入电压的关系式；并定性画出输入为矩形波和正弦波时对应的输出电压波形图。

六、实验内容与步骤（一）基本实验任务1. 反相比例运算电路测试。

根据图5.1所示电路连接反相比例运算电路。

集成运放的线性应用（信号运算、有源滤波）1、 解：（1）A ud =100dB ，即A ud =100000若运放线性应用，则有│uo │=│A ud (u P -u N )│=20V ＞15V高于电源电压值，故应工作于非线性区域。

（2）│u P -u N │≤VCC/ A ud =15/100000=0.15mV（3）由A UF 为40dB 得A UF =100A UF =100= A ud /1+A ud *F =100000/1+A ud *F1+A ud *F=1000f Hf =（1+A ud *F ）f H =1000*100=100000 H Z =100k H Z4、解：（1）（a ）图中接入了电压并联负反馈，实现电流－电压转换电路；（2）（b ）图中接入了电流串联负反馈,实现电压－电流转换电路 ；（3）（c ）图中接入了电压串联负反馈，实现输入电阻高、输出电压稳定的电压放大电路；（4）（d ）图中接入了电流并联负反馈，实现输入电阻低、输出电流稳定的电流放大电路。

5、解：u i ＝4sin314t(V) ,V Z ＝6V ，T=20mS如图画出u o1和u o2的波形A1构成电压比较器,其输出被稳压管限制在正负6V ，A2构成反相积分运算电路。

u o1和u o2的波形如右图。

6、解：⑴ 判断电路中的反馈组态：电压并联负反馈。

（2）求电压放大倍数uf A ：设“T ”型网络节点为M ，利用-=+u u ，则⎪⎩⎪⎨⎧=++-=334221R u R u R u R u R u R u o M M M M i 求出143232R R R R R R ui u A o uf ++-== （3）若T 型反馈网络换成一个反馈电阻Rf ，并保持同样的uf A ， 则43232R R R R R Rf ++=输出电压的表达式为 )(d 11O I O 21t u t u RC u t t +-=⎰ 当u I 为常量时)()(100 )()(10101 )()(11O 12I 1O 12I 75112I O t u t t u t u t t u t u t t u RCu O +-=+-⨯-=+--=-－ 若t ＝0时u O ＝0，则t ＝5ms 时u O ＝－100×5×5×10－3V ＝－2.5V 。