实验七 比例求和运算电路

实验七 比例求和运算电路

一、实验目的

1. 掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2. 学会上述电路的测试和分析方法。

二、实验器材（型号）

1. 数字万用表UT56 2. 电子线路实验学习机

三、实验原理

集成运放的应用首先表现在它能构成各种电路上，运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，介绍比例、加减等基本运算电路。

（1）运算电路：

（2）描述方法：运算关系式 uO＝f (uI)

（3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。 1. 理想运放的参数特点

Aod、 rid 、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为

0。

电路特征：引入电压负反馈。 集成运放的线性工作区: AuO?uo??

u??u?可得u??u??0即u??u?。又因ri??，可得运放的输入电流i=0。利用运放在线性应用时u??u?和i=0这两个特点来分析处理问题，所得结果与实际情况相当一致，不会带来明显的误差。

RFuiRRPiu?－RI??uo

u?＋图3-7-1 理想运放电路

1. 基本运算电路 （1）反相比例电路

uo??iFRF??

uiRF （3-7-1） R1

可见，由于电路中引入深度负反馈，使闭环放大倍数AuF完全由反馈元件值确定。改变比值RF/R，可灵活地改变AuF的大小。式中的负号表示uo与ui反相。平衡电阻RP=RF//R。

RFuiR－iFi1u+＋oR_PRP为了减小输入级偏置电流引起的运算误差。

图3-7-2 反相比例电路

（2）反相加法电路

uo??(RFRuRi1?FRui2) （3-7-3） 12若取R1=R2=R，则有

ui1R1RFui1iFi2R2－i2＋u+oR_P 图3-7-3 反相加法电路

uFO??RR(ui1?ui2) （3-7-4） 1此电路的输入信号不限于两路，根据需要可扩展为多路。 （3）同相比例电路和电压跟随器

RFR－u?+u+o__iRPu?＋u

图3-7-4 同相比例电路

u??RR?Ruo

F因此为 uRFo?(1?R)ui （3-7-5） 电路的闭环放大倍数为

2

AuF?1?RF （3-7-6） R 上式表明，同相比例电路的输出电压uo与输入电压ui同相位，而且电压放大倍数总是大于1。

图3-7-5所示的两个电路为同相比例电路的两个特例。显然，它们的输出电压与输入电压大小相等，相位相同，因此称为电压跟随器。

RF－－u_i+＋uo+_u_i+＋uo+_RP(a)简单的电压跟随器 (b)有限流电阻的电压跟随器

图3-7-5 电压跟随器

2. 集成运放的相位补偿与调零 （1）相位补偿 （2）调零

10k?10k?100k?23VCC－?A741＋764uo51RW10k??VEE图3-7-6 μA741的调零电路

由于运放是直接耦合的多级放大器，为了平衡它的失调误差，使用时必须调零，即输入电压为零时，设法使输出电压也为零。图3-7-6示出μA741的调零电路，它的1脚和5脚为调零端，Rw为外接调零电位器。

调零作用：提高运放精度。

调零在闭环条件下进行。使UI=0时，UO=0；若UI=0时，UO≠0；查 ⑴接线是否正确。电线断、输入端是否接地、是否闭环等。 ⑵运放μA741坏。

图3-7-7 运放的通用调零电路

3. 说明三点

（1）在计算每一电路参数理论值时，公式中的元件值应该用实测值代入，而不用标称值。 （2）μA741(美国仙童公司产)是8脚双列直插式组件。

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μA741引脚 ①⑤ ② ③ ④ ⑥ ⑦ ⑧ 功能 调零端 反相输入端 同相输入端 负电源输入端 输出端 正电源输入端 空脚 四、内容与步骤

1. 按图3-7-6所示，先不连接调零电位器，测量输出电压，若UO<15MV，不需调零；

否则按图3-7-6所示连接电路。进行调零。注意接上正、负１２V电源！ （1）记下输出最小值Uomin? 。

（2）用数字万用表测量实验板有关的电阻值，记入表3-7-1。

表3-7-1 A3板有关电阻值 编号 3R7 3R9 3R10 3R11 3R13 3R19

2. 电压跟随器

实验电路如图3-7-9所示，输出电压与输入电压之间的关系为Uo?UI。

标称值（k?） 实测值（k?） 100 10 10 10 5.1 100 －UIA1RLUo＋5K1

图3-7-9 电压跟随器

按表3-7-2内容实验并测量记录。

表3-7-2 电压跟随器 UI（V） 参考值 -2.0 -0.5 0 0.5 1.0 4

实测值 RL=∞ Uo（V） RL =5.1k 3. 反相比例放大器

实验电路如图3-7-10所示,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

URFo??R?UI 1RFR100k1UI10kA－URA1o2B＋10k100k

图3-7-10 反相比例放大器

（1）按表3-7-3内容实验并测量记录。

表3-7-3 反相比例放大器 直流输入电压U 30 100 300 1000 3000 I（mV） 参考值实测值 理论估算（mV） 输出电压U0 实验值（mV） 绝对误差 ①绝对误差=｜理论计算-实测值｜

②运放输出电压不会大于电源电压。｜U0｜<12V

③直流输入电压UI从实验箱上直流电压源±5V、±0.5V，OUT1、OUT2输出。 4. 同相比例放大器

RFR1电路如图3-7-11所示，输出电压与输

10k100k100kA－A1＋UO入电压之间的关系为：U?(1?RFo)UUIRRI

102Bk1（1）按表3-7-5和3-7-6实验测量并记录。 图3-7-11 同相比例放大器

表3-7-5 同相比例放大器 直流输入电参考值 30 300 1000 3000 压UI（mV） 实测值 5

理论估算（mV） 输出电压U0 实验值（mV） 绝对误差 5. 反相求和放大电路

实验电路如图3-7-12所示，输出电压与输入电压之间的关系为：

UO??RF(UI1?UI2) R1按表3-7-7内容进行实验测量，并与预习计算比较。

表3-7-7 反相求和放大电路 UI1（V） UI2（V） 参考值 实测值 参考值 实测值 实测值 0.3 0.2 -0.3 0.2 RFUo（V） UI1UI210k－R1RF100kUI110kR110k0－10k＋R2A14.7kUoUI2A110kUoR3R2＋

10k0R3

图3-7-12 反相求和放大器 图3-7-13输入求和电路

6. 双端输入求和放大电路

实验电路为图3-7-13所示，输出电压与输入电压之间的关系为：

Uo??(UI1?UI2)RF R1实验电路为图3-7-13所示，按表3-7-8要求实验并测量记录。

表3-7-8双端输入求和放大电路 UI1（V） UI2（V） 参考值 实测值 参考值 实测值 实测值 1 0.5 2 1.8 0.2 -0.2 Uo(V） 六、实验报告

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1. 总结本实验中5种运算电路的特点及性能。 2. 分析理论计算与实验结果误差的原因。

七、注意事项

1. 本次实验需要加±12V电压，正、负电源极性不能接错，（注意！-12V电压不能接

到地）

2. 在切断电源情况下连线、拆线。（红线接“+”、蓝线接“-”、黑线接“地”）。 3. 测量前先调零（即当Ui=0时，UO≤15mV）。调零必须细心切忌使电位器的滑动端与

地线或正电源线相碰，否则会损坏运算放大器。零点调好后，RP电位器不能改变。 4. 调零时应注意以下几点：①调零必须在闭环条件下进行；②输出端电压应用小量程

电压挡测量，如200mV挡；③若调节调零电位器输出电压不能达到零值或输出电压不变，应检查电路接线是否正确，即输入端是否短路或接触不良，电路有没有构成闭环。

5. 严禁将运放的输出端接电源或地。

八、思考题

1. 运放工作时，为什么要调零？

2. 运放的调零能否在开环（无外部负反馈）的状态下进行？为什么？ 3. 调试中是要先进行相位补偿还是先调零？为什么？

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s663.html