集成运放运算电路实验

4.1.6　集成运放运算电路实验

1）实验目的

加深对运算放大器特性和运算电路的理解。

（1）熟悉、掌握比例运算电路的原理和应用。

（2）熟悉、掌握加法运算电路的原理和应用。

（3）熟悉、掌握减法运算电路的原理和应用。

（4）熟悉、掌握积分微分运算电路的原理和应用。

2）实验原理

集成运算放大器是一种直接耦合多级放大电路，它具有高增益、高输入电阻、低输出电阻、共模抑制比大的特点。当外加不同反馈网络时，可灵活实现输入输出信号间多种特性的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等运算电路；在非线性应用方面，可组成比较器等。

比例、加法、减法运算电路的原理图如图4.1.6所示。

（1）图中开关B、C向下扳，开关A向上扳，电路为反相比例运算电路。

输出电压与输入电压的关系为:

（2）开关A、B向下扳，开关C向上扳，电路为同相比例运算电路。

输出电压与输入电压的关系为:

（3）开关A、B向上扳，开关C向下扳，电路为加法运算电路。

（4）开关A、C向上扳，开关B向下扳，电路为减法运算电路。

图4.1.6　比例、加法、减法运算电路的原理图

输出电压与输入电压的关系为:

积分、微分运算电路的原理图如图4.1.7所示。

图4.1.7　积分、微分运算电路的原理图

（5）图中开关A向上扳，电路为积分运算电路。

输出电压与输入电压的关系为:

（6）图中开关A向下扳，电路为微分运算电路。

3）实验器材

（1）五端理想运算放大器1个；

（2）电阻:10kΩ1个；

（3）可调电阻:100kΩ3个、20kΩ2个；

（4）电容:5.1μF 1个，100nF 1个；

（5）开关:3个；

（6）测试仪器仪表:交流电压源3台，信号发生器、示波器各1台，电压表1只。

4）实验内容及步骤

（1）按图4.1.6所示原理图创建电路，图中电压表V属性中的Value/Mode应设置为AC，并将电路文件命名、存盘。

（2）反相比例电路测试和分析

开关B、C向下扳，开关A向上扳，电路参数如图4.1.6，输出端电压表V显示的测量值U_o＝________V。若保持输入不变，要求输出电压的测量值为8V，应将电位器R_f的阻值调整为R_f＝_________。

（3）同相比例电路的测试和分析

开关A、B向下扳，开关C向上扳，电路参数如图4.1.6，用电压表V测量输出电压，U_o＝_________V。若保持输入不变，要求输出电压的测量值为U_o＝9V，则要求电位器R_f的数值应调整为R_f＝_________。

（4）加法运算电路的测试和分析

开关A、B向上扳，开关C向下扳，电路参数如图，用电压表V测量输出电压，Uo＝___________ V。若要使输出电压U_o＝－U_i1－U_i2，电路参数应满足的条件为:____________。

（5）减法运算电路的测试和分析

开关A、C向上扳，开关B向下扳，电路参数如图，用电压表测量输出电压U_o＝_________ V。调整电路参数使之满足R_f＝R₄，R₁＝R₃，则输出电压的表达式u_o＝__________V。若保持输入不变，此时输出端电压表V显示的测量值U_o＝_____________V。

（6）按图4.1.7所示原理图创建电路，并将电路文件命名、存盘。

（7）积分电路的测试和分析

函数信号发生器的信号设置为幅值100mV、频率10Hz、占空比50%、偏移为0的矩形波，如图4.1.8中所示。电路参数如图4.1.7中所示，开关A向上扳，用示波器（示波器的通道A的输入设为100mV/div，通道B的输入设为50mV/div）观察输入和输出波形，并在图4.1.8中画出输出波形，示波器显示的输出电压Uo的幅值为__________。

图4.1.8　待绘输出波形1

（8）微分电路的测试和分析

电路参数如图4.1.7中所示，开关A向下扳，函数信号发生器的信号设置为幅值为100mV、频率10Hz、占空比50%、偏移为0的三角波，如图4.1.9中所示。用示波器（示波器的通道A的输入设为50mV/div，通道B的输入设为20mV/div）观察输出波形，并在图4.1.9中画出输出波形。示波器显示的输出电压u_o的幅值为__________。

图4.1.9　待绘输出波形2

5）实验报告要求

（1）分析电路工作原理。

（2）整理各项理论和实验数据，分析实验结果，得出结论，并画出相关的曲线图。

（3）将实验数据与理论值比较，分析误差原因，提出改进意见。

（4）回答思考题。

6）思考题

（1）反相比例电路是否存在“虚地”？为什么？

（2）在积分电路中，电路满足线性积分运算关系的条件是什么？