實驗七集成運算放大器的基本應用電子技術基礎實驗模擬數字模電第1頁/共20頁

《模擬電子技術實驗》

第2頁/共20頁實驗四、

集成運算放大器的基本應用

主要內容

1．加深對集成運算放大器基本特性的理解;2．掌握集成運算放大器的正確使用方法；3．熟悉集成運放在基本運算電路中的應用和電路的設計方法；4．掌握集成運算放大器的安裝及測試方法；第3頁/共20頁集成運算放大器的基本特性

集成運算放大器是一種具有高增益的多級直接耦合放大電路，從外部看，可等效成雙端輸入、單端輸出的差分放大電路，對零漂的抑制能力很強。

集成運放即可以放大直流信號，也可以放大交流信號；具有高電壓增益、低溫度漂移、高共模信號抑制能力、低噪聲以及輸入阻抗高、輸出阻抗低和頻率響應好等技術特點。第4頁/共20頁集成運放的電壓傳輸特性同相輸入端uP：指輸出電壓與輸入電壓相位相同。反相輸入端uN：指輸出電壓與輸入電壓相位相反。集成運放的電壓傳輸特性：輸出電壓與輸入電壓的關系曲線——Aod＋－uPuNuo反相輸入端同相輸入端UOM－UOMuP－uNuo線性區非線性區第5頁/共20頁集成運放的應用

集成運算放大器的應用表現在它能構成各種運算電路。以輸入電壓為自變量，以輸出電壓作為函數。當輸入電壓變化時，輸出電壓將按一定的數學規律變化，即輸出電壓反映輸入電壓進行某種運算的結果。

由于集成運放的特性，使它在電路設計應用方面，顯示了突出的優越性，已成為現代電路中一種不可缺少的基本器件。

第6頁/共20頁集成運放電路的構成

為實現輸出電壓與輸入電壓的某種運算關系，要求集成運放應當工作在線性區。

為穩定輸出電壓，均引入電壓負反饋。運算電路的特征是從集成運放的輸出端到其反相輸入端存在反饋通路。

反饋網絡＋－uPuNu0iNiPA第7頁/共20頁反饋網絡不同與各種運算

若將電阻接入反饋通路，即可實現比例運算、加法運算、減法運算和加減運算等。若將電阻和電容接入反饋通路，即可實現微分運算、積分運算。

若將二極管和三極管接入反饋通路，即可實現對數運算、指數運算。第8頁/共20頁理想集成運放的特征

在一般情況下，將集成運放視為理想運放，其主要特征如下：1、開環差模電壓增益無限大Avd=∞

2、差摸和共模輸入電阻均為無限大Ri=∞3、輸出電阻為零R0=04、開環帶寬無限大，放大器本身不引入額外相移，信號傳遞無延遲fBW=∞

5、放大器無失調誤差UOS＝0、IOS＝06、共模抑制比無限大KCMR=∞第9頁/共20頁理想運放在線性應用的兩個重要特點1、由于理想運放Avd＝∞，u0為有限值，因而凈輸入電壓uP－uN＝0，即uP

=uN，稱為“虛短”。2、由于凈輸入電壓為0，因為理想運放的輸入電阻Ri＝∞，所以兩個輸入端之間的輸入電流為零，即ip=iN=0，稱為“虛斷”。

在運算電路中，無論輸入電壓，還是輸出電壓，均對“地”而言。第10頁/共20頁集成運放uA741管腳圖

集成運放的種類型號很多，本實驗選用型號為μA741的集成運算放大器。

1腳：調零端1

2腳：反相輸入端

3腳：同相輸入端

4腳：負電源

5腳：調零端2

6腳：輸出端

7腳：正電源

8腳：空腳

第11頁/共20頁使用集成運放的注意事項1、切忌正、負電源極性接反和輸出短路，否則將損壞集成塊。2、為消除輸入失調電壓和電流對輸出值的影響，提高運算精度，必須進行調零。3、調零方法是：將集成運放接成所需運算電路，把信號輸入端接地，用萬用表DCV檔測運放輸出端，調節調零電位器，使萬用表指示為零。當改變運算功能時應再次調零(方法同上)。第12頁/共20頁實驗內容1．反相比例運算電路的安裝與測試

反相比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為：反相比例放大器的輸出電壓取決于RF與R1的比值。若RF＝R1時，則UO=?Ui，稱為反相跟隨器。第13頁/共20頁2．同相比例運算電路

如圖所示。信號Ui從同相輸入端輸入，輸出電壓U0與輸入電壓Ui的關系為：

同相比例放大器的輸出電壓U0取決于的大小。

若RF＝0或R1→∞，則U0＝Ui。通常稱為同相電壓跟隨器。第14頁/共20頁1、按圖7－3在模擬實驗箱上安裝電路。2、首先調零，調零方法同上。3、將Ui接直流可調信號源，用直流電壓表測量表

7—2中每組Ui所對應的輸出電壓值U0，并填入表7—2中。再計算相關數值。4、在運放輸入端輸入的交流信號，用示波器觀察、記錄輸入、輸出波形，并測出U0的電壓值，分析結果。第15頁/共20頁3．反相加法器

如圖所示。兩輸入電壓可以彼此獨立地通過自身輸入回路的電阻轉換為電流，能精確地實現代數相加運算。其輸出電壓為：平衡電阻R3＝若,則U0可寫成：反相加法器相當于兩個反相器疊加的結果。

第16頁/共20頁掃描方式4．減法器電路（差分運算放大器）如圖所示，當運算放大器的同相端和反相端分別輸入信號Ui1和Ui2時，根據疊加原理，輸出電壓U0是兩個輸入信號分別作用的代數和，即當時，則：若RF＝R1

，則第17頁/共20頁5．反相比例積分電路如圖所示，在理想條件下，當輸入端加上幅值為U的方波電壓，并設u(c)=0，得：tui-u0t-V0MuiuiRC第18頁/共20頁

輸出電壓u0和t成線性關系，當t＝RC時，u0=ui。當t＞RC時，u0增大，直到－u0＝＋U0M，積分輸出