集成运算放大器的基本应用

-.z.实验名称集成运算放大器的根本应用一.实验目的掌握集成运算放大器的正确使用方法。掌握用集成运算放大器构成各种根本运算电路的方法。学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。二.实验元器件集成运算放大器LM3241片电位器1kΩ1只电阻100kΩ2只；10kΩ3只；Ω1只；9kΩ1只电容μf1只三、预习要求复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。写出上述四种运算电路的vi、vo关系表达式。实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比拟。自拟实验数据表格。四.实验原理及参考电路本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成根本运算电路。1.反向比例运算反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则图1其输入电阻，图中。由上式可知，改变电阻和的比值，就改变了运算放大器的闭环增益。在选择电路参数是应考虑：EQ\o\ac(○,1)根据增益，确定与的比值，因为所以，在具体确定和的比值时应考虑；假设太大，则亦大，这样容易引起较大的失调温漂；假设太小，则亦小，输入电阻也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取为几十千欧至几百千欧。假设对放大器输入电阻有要求，则可根据先确定，再求。EQ\o\ac(○,2)运算放大器同相输入端外接电阻是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取，由于反向比例运算电路属于电压并联负反应，其输入、输出阻抗均较低。本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。2.反向比例加法运算反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为"虚地〞，和均可通过、转换成电流，实现代数相加，其输出电压当时为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。与R的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。同理，图中的。图23.减法运算减法运算电路如图3，当时，输出电压在电阻值严格匹配情况下，本电路具有较高的共模抑制能力。图3图44.积分运算电路如图4，当运算放大器开环电压增益足够大，且开路时，可人认为，其中将代入，并设电容两端初始电压为零，则当输入信号为幅度的直流电压时，此时输出电压的波形是随时间线性下降的，如图5。当输入信号为正方波时，输出电压的稳态波形如图6所示。实际电路中，通常在积分电容两端并联反应电阻，用于直流负反应，其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移，其阻值必须取得大些，否则电路将变成一阶低通滤波器。同时的参加将对电容C产生分流作用，从而导致积分误差。为克制误差，一般需满足。C太小，会加剧积分漂移，但C增大，电容漏电流也会随之加大。通常取。5.集成运算放大器LM324集成运算放大器LM324的内部电路构造和引脚排列如图7所示。五．硬件实验内容1.反相比例运算EQ\o\ac(○,1)设计并安装反向比例运算电路，要求输入阻抗。EQ\o\ac(○,2)在该放大器输入端参加的正弦电压，峰峰值500mv，测量放大器的输出电压，电压增益。2.反相比例加减法EQ\o\ac(○,1)输入1kHz正弦波，峰峰值为500mv，调节产生EQ\o\ac(○,2)测量输出电压V电路如下列图加减法运算电路3.反向比例积分电路EQ\o\ac(○,1)输入，峰峰值为1V的正方波〔调节offset使其为正方波〕EQ\o\ac(○,2)用DC挡测试，画出其波形，标出其幅值和周期获得如下波形六、实验结果及分析1.反相比例运算结果：波形图分析：可明显观察到ch1与chi2反相，且有放大，实验结果与理论结果相差较小，在误差允许范围之内。2.反相比例加减法vivoVo实测Vo理论值相对误差Vi1=496mvVi2=336mv0.96%Vi1=496mvVi2=458mv0.63%结果：加法vivoVo实测Vo理论值相对误差Vi1=496mvVi2=400mv1.0%Vi1=496mvVi2=360mv-0.74%结果：减法分析：由结果计算出相对误差，实验结果在误差允许范围内，实验结果有效3.反向比例积分电路结果：波形图分析：实验结果有效七、思考题在图所示反相比例加法运算电路中〔开关S置A点〕。R'值应怎样确定？假设R1=R2=10kΩ，Ω，试问：取R1=10kΩ和R1=100kΩ两种情况下，哪一种运算精度高？为什么？对照实验结果分析。答：①，②R1=100kΩ精度高，因为当R1越小，信号的放大越明显，则精度越高需要定量分析！结论不正确！。需要定量分析！结论不正确！假设输入信号与放大器的同相端相连，当信号正向增大时，运算放大器的输出时正还是负？答：因为放大器同相端与输出端同相，所以输出应为正假设输入信号与放大器的同相端相连，当信号反向增大时，运算放大器的输出时正还是负？答：放大器反相端与输出端反相，当信号负向增大，输出应为正八、小结这次实验是对我们动手能力的一次考验，更是对我们关于运算放大器的知识的一次实践，完成实验需要对各个原理掌握清楚，对接线有清晰的思路，更要对仪器熟练的使用。在这次实验过程中，我收集了一些常见的问题，小结如下：实验过程中有同学的正负电源接反，导致IC被烧坏，我在做实验的过程中，电源线的不同端使用了不同颜色的导线以示区别。有的同学波形不断变换或者出现不了预期的波形，我认为可以按以下步骤检验：a.可以先按autoset，我认为这个按钮十分有效，有时候在电路接线有改动时，可能示波器的波形没有明显变化，此时按autoset很有效，b.检查电路以后发现仍然有问题，可以测试一些特殊点的电位或者波形来分析。很多同学得到了正确波形，却同时发现波形比拟不"美观〞，"毛糙〞，这个一般是接地线没有接好的原因。可以将局部接地线更换位置，可以很有效的解决这个问题。我做第三个实验的时候，做了很久，实验线路重新连了三四次才得出结果