运算放大器输出电压偏低

时间：2023-10-21 百科知识版权反馈

【摘要】：按如图5－35所示正确连接实验电路，VD为普通二极管。若波形的相位不对，应适当调节输入频率。由于指数运算精度受温度、二极管内部载流子及内阻影响，本实验仅供有兴趣的同学调试。实验时切忌将输出端短路，否则会损坏集成块。取频率约为100Hz，峰峰值为2V的方波作为输入信号Ui。

实验十一　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

4．信号发生器

三、实验原理

集成运算放大器在线性应用方面，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5－29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

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∥R_F。

图5－29　反相比例运算电路

图5－30　反相加法运算电路

2．反相加法电路

电路如图5－30所示，输出电压与输入电压之间的关系为

3．同相比例运算电路

图5－31　同相比例运算电路

图5－31（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

当R₁→∞时，U_o＝U_i，即得到如图5－31（b）所示的电压跟随器。图中R₂＝R_F，用以减小漂移，并起保护作用。一般R_F取10kΩ，太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

4．差动放大电路（减法器）

对于如图5－32所示的减法运算电路，当R₁＝R₂，R₃＝R_F时，有如下关系式

图5－32　减法运算电路

图5－33　积分运算电路

5．积分运算电路

反相积分电路如图5－33所示。在理想化条件下，输出电压U_o等于

式中U_C（0）是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

如果U_i（t）是幅值为E的阶跃电压，并设U_C（0）＝0，则

此时，RC的数值越大，达到给定的U_o值所需的时间就越长。改变R或C的值，积分波形也不同：一般方波变换为三角波，正弦波移相。

6．微分运算电路

微分电路的输出电压正比于输入电压对时间的微分，一般表达式为

利用微分电路可实现波形的变换，如矩形波变换为尖脉冲。

图5－34　微分运算电路

7．对数运算电路

对数电路的输出电压与输入电压的对数成正比，其一般表达式为

u_o＝Klnu_i 　　　　（11－8）

式中，K为负系数。利用集成运放和二极管组成如图5－35所示的基本对数运算电路。

图5－35　对数运算电路

由于对数运算精度受温度、二极管内部载流子及内阻影响，仅在一定的电流范围才满足指数特性，不容易调节，故本实验仅供有兴趣的同学调试。按如图5－35所示正确连接实验电路，VD为普通二极管。取频率为1kHz、峰峰值为500mV的三角波作为输入信号U_i，打开直流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如图5－36所示：在三角波上升沿阶段输出较凸的下降沿，在三角波下降沿阶段输出较凹的上升沿。若波形的相位不对，应适当调节输入频率。

图5－36　波形图

8．指数运算电路

指数电路的输出电压与输入电压的指数成正比，其一般表达式为

u_o＝Ke^uⁱ　　　　（11－9）

式中，K为负系数。利用集成运放和二极管组成如图5－37基本指数电路。

图5－37　指数运算电路

由于指数运算精度受温度、二极管内部载流子及内阻影响，本实验仅供有兴趣的同学调试。按如图5－37所示正确连接实验电路，VD为普通二极管。取频率为1 kHz、峰峰值为1V的三角波作为输入信号U_i，打开直流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如图5－38所示：在三角波上升阶段输出有一个下降沿的指数运算；在下降沿阶段输出有一个上升沿的指数运算。若波形的相位不对，应适当调节输入频率。