实验4集成运算放大器的基本运用

1、对号就座并签到、班干部清点并发放万用表及工具。交上次实验报告，本次预习报告放桌面,实验4 集成运算放大器的基本运用,一、实验目的,1. 掌握集成运算放大器的正确使用方法同相输入/反相输入。2. 掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法,3. 进一步熟练使用示波器DC、AC输入方式观察波形的方法。*重点掌握积分器输入、输出波形的测量和描绘方法,上次讲解的操作入门要点,自检 触发同源周期，触发信源，触发电平 读懂零电平指示，通道设置，直流电平,还记得么,正方波,运放电路分析基本方法摘自理论课程,以同相放大器电路为例,图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp， 即vpvn，或vidvpv

2、n0。这种现象称为虚假短路，简称虚短。 由于运放的输入电阻ri很大,所以，运放两输入端之间的 ip = -in = (vpvn) / ri 0，这种现象称为虚断,由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握,集成运算放大器的基本应用1. 反相比例运算(放大器,设运放为理想器件，则右图电路的,2) 为减小偏置电流不良影响，增加直流平衡电阻Rp=RfR1,原理上RfR1 Av ；但 电阻选择还考虑实际情况，如：R1 大则引起较大的失调温漂；若Rf Ri Av 大到MW级别，低档分立电阻本身都不太稳定。故 通常限定Rf 为几十千欧几百千欧。

3、在此限定下，若Ri 和Av 设计要求相矛盾则应改电路,工程实践中的非原理问题：设计要求一般是规定Ri 和Av （如教材P80的提法,属于电压并联负反馈，有： 输出电阻 Ro0 (很好) 输入电阻 RiR1 (！？不够大,闭环电压增益,信号从反相端输入,集成运算放大器的基本应用2. 同相放大器,闭环电压增益,信号从同相端输入,直流平衡电阻 Rp=R1/RF,若Rf 0，R1 =（开路），则为电压跟随器。 电压相等但阻抗不同，常做缓冲级及隔离级， 是级联电路中常用的一种单元电路,同相放大器采用电压串联负反馈，所以输入阻抗非常高（理想状态是无穷大），同时电路输出阻抗很低（接近0）。因此广泛用于前置放

4、大级,虽本次硬件操作不做，但必须掌握，自己可以主动用,集成运算放大器的基本应用3. 反相比例加法运算,由分析可得,当R1R2R时，则有,从基本比例放大电路可延伸出其他的基本应用，比如加法器,同样，为保持输入端直流静态平衡常在同相输入端加上平衡电阻，RpR1/R2/R3,Rp,集成运算放大器的基本应用4. 反相比例减法运算,从基本比例放大电路可延伸出其他的基本应用，比如减法器,有,当R1=R2，R3R4时,图中的R3兼有直流平衡电阻和分压双重作用，故阻值要根据分压来计算，而不是按平衡电阻Rp来,集成运算放大器的基本应用5. 积分器,式中，RC为积分时间常数,右图理想化分析结果是,若输入为直流(电

5、压=Vi)，则在C充电过程中有 但运放输出受电源电压限制，故输出不可能如实验教材所示无限增加，而是到最大值后恒定,为限制电路的低频电压增益，可将反馈电容C与一电阻RF并联。当输入频率大于,时, 电路起积分作用,由于电容C的容抗随输入信号的频率降低而增加, 结果是 输出电压随频率降低而增加,实际的积分器如下图(a),增加的直流负反馈电阻RF可以让直流（低频输入）反相放大后通过。不过RF对C有分流作用，导致积分误差，为此通常要求 RF10R1、C1F。 若输入电压为正负对称方波，则输出稳态波形为对称三角波，波形如图(b)所示,a,b,集成运算放大器的基本应用4. 积分器,集成运算放大器的基本应用6

6、. 微分器,由于电容C的容抗随输入信号的频率升高而减小, 结果是 输出电压随频率升高而增加。为限制电路的高频电压增益，多在输入端与电容C之间接入一小电阻Rs, 实际的微分器电路如下图(a)所示。若输入电压为正负对称的三角波，则输出电压为正负对称方波，其波形关系如图(b)所示,式中，RFC为微分时间常数,右图理想化分析结果是,集成运放直流供电电源问题,运放常用对称双电源供电，此方式下直流工作电源电压应在3V18V范围内，而电源电压限定了输出交流信号的峰值电压。 例如选定电源电压是12V，则输出信号正峰/负峰的最大值不会超过11.3V（运放自身还有约0.7V的片内压降）。 运放还有一些必须注意的问

7、题，如调零、自激、保护、单电源供电等，在教材p208面以及其他资料中有详细讲解，大家自己阅读，了解一下。本课程不作详细讨论,本课程涉及的知识点不限于实验教材，要是以原理课内容为标准，所以关于集成运放电路的基本分析方法和常用单元电路必须扎实地掌握！ 用常用单元电路组合搭建电路是最常用的设计方法。 本课程的模拟实验部分最核心的器件就两种：集成运放和三极管。 电路设计题，如果不明确说必须用三极管，请优先考虑集成运放电路,集成运算放大器的基本应用无限延伸,二、实验注意事项,本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 LM324的引脚图如教材p80面所示。实验时应注意下列事项

8、,1. 组装电路前须对所用电阻逐一测量，作好记录。 2. 集成运算放大器的各个管脚不要接错，尤其是正、负电源不能接反，否则极易损坏芯片,集成芯片在面包板上的放置,1,7,8,14,LM324,贴板布线，横平竖直。 线露金属头7-8mm，电源端露头10mm，接牢。 元件布局合理，脚至少留10mm。夹子不要夹脚上。 正确利用面包板边条,集成运放LM324正、负电源的接法,稳压电源,12V,12V,12V,12V,+ GND,电路地,共地线,电源通常使用步骤：先调好规定值，关上电源！接线，核对无误后开电源。有短路立即关电源再查线,稳压电源接线务必牢靠,务必严格操作，否则可能会产生不通电的故障不可思议

9、但确有！ 最好用万用表直流电压档在 电路那端 测量电压以确保,三、硬件实验内容,1、反相比例运算（图4.4.1） 输入正弦波（1kHz），幅值自选 测量计算电压增益（测两组，再求平均） 2、反相比例积分（图4.4.4） 输入f=500Hz，幅值为1V的正电压方波 画出vi,vo波形，标出其幅值和周期 3、加、减法电路（图4.4.8,具体实验要求,1)参考图4.4.1所示电路，设计并安装反相比例运算电路，要求输入阻抗Ri=10 k，闭环电压增益Af=10,2) 在电路输入端加1kHz正弦电压，用示波器测量电路的输入和输出峰峰值；改变i的大小，再测一次。研究i和的反相比例关系，填表。计算平均值得出

10、实际Avf ，与理论值比较,1. 反相比例运算,1000mV,2000mV,2. 比例积分运算,此电路和反相比例运算基本相同，不过加了电容以及 输入信号是正方波全为正电压的方波！所以如果有较好的布局布线习惯，硬件操作就非常简单,勿忘操作三要点） 调出来 信号源直流电平旋钮； 显出来 示波器通道直流耦合。 看出来 示波器通道0电位指示,比例积分器的输入&输出信号 本次现场检查点,输入 f=500Hz，幅值1V的,而直流分量反相比例放大,纯交流方波积分为三角波,附加：虽然本次实验课堂操作中的输入信号都是交流，但不表示这些运算电路只处理交流信号，显然直流信号也能进行运算（除非加了隔直电容,图4.4.

11、8 反相比例加法和减法运算电路,3. 反相比例加、减运算,在图4.4.8中，vi为=1kHz 正弦波。 S-A相接为加法运算 Rp=5.1k=RfR1R2 S-B相接为减法运算 Rp=100k=Rf。 调节电位器RP，用示波器测量一组vi1、vi2和vo峰峰值；然后改变vi1 ，测量改变后的vi2和vo峰峰值；自行完成拟定表格,加法运算实验记录表(减法表式样相同,vi2 不要太接近vi1,10K,Rp,四、记录要求及实验报告要求,最后检查现场记录：三表格 & 积分器vi 和 vo的手绘波形，要规范 坐标轴、轴上标：信号名，0位置，峰&谷值，时间值（也可旁标 频率 代替）。 3. 报告上的电路图

12、加实际操作时用的芯片管脚号。 4. 课后整理实验数据，填入规范的表格中；与理论值比较、计算误差并写出分析原因。 5. （81面）思考题1，2，3。 6. 记录实验过程中出现的故障或不正常现象，分析原因，说明解决的办法和过程；其他建议想法,积分器vi 和 vo的手绘波形，要规范 坐标轴、轴上标 ：信号名，0位置，峰&谷值，时间值（也可旁标 频率 代替,报告上的电路图加实际操作时用的芯片管脚号,下次实验请完成预习报告,温馨提示：元器件有坏少需要补充的，请到校设备处元器件中心自费购买。地点： 科技楼斜对面 也就是 校工会活动中心&校理发点 对面 那排平房。或者直接到广埠屯电子市场，又或者网购。 本楼教师一概不负责零散补充购买元器件事宜,内容2常见故障， 请务必自行排除！ 调直流电平钮 通道直流耦合 电源接入脚 共地线,2积分：加C并改vi 正电压方波； 3加法：还原vi，S-A，Rp=5.1K 4减法： S-