集成运算放大器的应用实验报告

集成运算放大器实验报告

集成运算放大器是一种高性能多级直接耦合具有两个输入端、一个输出端的电压放大电路。具有高增益、高输入阻抗低输出阻抗的特点。通常，线性应用电路需要引入负反馈网络，构成各种不同功能的实际应用电路。

(a)μA741高增益运算放大器 （b） LM324四运算放大器

图2.4.2 典型的集成运放外引脚排列

1. 比例、加减、微分、积分运算电路设计与实验

1.1原理图

(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路

图1.1 典型的比例运算电路

(a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路

图1.2 典型的求和运算电路

(a) 单运放减法运算电路 (b) 双运放减法运算电路

图1.3 典型的减法运算电路

图1.4 积分电路 图1.5 微分电路 图 1.6 实际微分电路（PID）

2.方波、三角波发生器 2.1原理图

图2.1 方波、三角波发生器

2.2理论分析(参照实验教材分析工作原理和周期、频率、幅度近似计算出以上结果) 2.2.1频率分析 2.2.2幅度分析 2.2.3幅度调整

图2.2 方波幅度通过R4、R5比例调整

2.2.4减法器

图2.3 减法器（交流正弦信号来自示波器）

图2.4 积分器（方波信号可以来自示波器）

图2.5 微分器（方波信号可以来自示波器）

2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验

由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。

一、实验目的

1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法； 2．掌握各种求和电路的设计方法；

3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。 二、实验仪器及备用元器件 （1）实验仪器

序号 名称 1 函数信号发生器 2 数字示波器 3 数字万用表 4 交流毫伏表 型号 备注

（2）实验备用器件

序号 名称

三、电路原理

集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。

图2.4.3（a）示出了典型的反相比例运算电路。依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为 ?o?A??i??1 模拟集成运放块 2 电阻 说明 LM324 见附件 备注 RfR1?i 2.4.1

式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。当Rf?R1时，?o???i，电路成为反相器。合理选择Rf、R1的比值，可以获得不同比例的放大功能。反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为Ri?R1，其值不够高。为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。为了使电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，（a）中，应为RP?R1//Rf，R??R?,图2.4.3电阻称之为平衡电阻。

(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路

图2.4.3 典型的比例运算电路

图2.4.3（b）示出了典型的同相比例运算电路。其输出输入电压之间的关系为 ?o?A??i?(1?RfR1)?i 2.4.2

由该式知，当Rf?0时，?o??i，电路构成了同相电压跟随器。同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。同样，为了保证电路的运算精度，要选择高精度运放和稳定性好的电阻器，而且电阻的取值一般在几十千欧到几百千欧。为了使电路的结构对称，同样应满足RP?R1//Rf。

图2.4.4（a）为典型的反相求和电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念可以求得

?o??(RfR1?i1?RfR2?i2) 2.4.3

当满足R1?R2?R时，输出电压为 ?o??RfR(?i1??i2) 2.4.4

实现比例求和功能。当满足Rf?R1?R2时，，输出电压为

?o??(?i1??i2) 2.4.5

实现了两个信号的相加运算。电路同样要求RP?R1//R2//Rf。该电路的性能特点与反相运算电路相同。

(a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路

图2.4.4 典型的求和运算电路

同理，对于图2.4.4（b）所示的同相求和电路，当电路满足R1//R2?R//Rf的条件下，可以得到输出电压为

?o?当R1?R2?Rf时

RfR1?i1?RfR2?i2 2.4.6

?o??i1??i2 2.4.7 同相求和电路的特点、设计思路与同相比例运算电路类似。

图2.4.5（a）为单运放减法电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念，且R1//Rf?R//R2时，可以求得

?o??RfR1?i1?RfR2?i2 2.4.8

(a) 单运放减法运算电路 (b) 双运放减法运算电路

图2.4.5 典型的减法运算电路

当R1?R2?Rf时

?o??i2??i1 2.4.9

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pju7.html