集成运算放大器实验报告

2.4.1

=====WORD完整----可辑---专资分=====集成运算大器实验报比例、减运算电路计与实由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短点通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。一实目1掌握常用集成运放组成的比例放大电路基本设计方法；2掌握各种求和电路的设计方法；3熟悉比例放大电路、求和电路的调试及量方法。二实仪及用器（1实验仪器序号

名称函数信号发生器数字示波器数字万用表交流毫伏表

型号

备注（2实验备用器件序号

名称模拟集成运放块电阻

说明LM324见附件

备注三电原集成运算放大器，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（示出了典型的反相比例运算电路据反馈理和理想运放虚短的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为i

RfR

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。

时，f1oi

，电路成为反相器合选择

RRf

的比值，可以获得不同比例的放大功能相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RRi

，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，运放的反完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，

图（）中，应为

//

f

，电阻称之为平衡电阻。(a)反相比例运算电路

同相比例运算电路图

典型的比例运算电路图（b示出了典型的同相比例运算电路。其输输入电压之间的关系为(1i

RfR

)i

2.4.2由该式知，当

R0f

时，

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，为了保证电路运算精度要择高精度运放和定性好的电阻器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

//

f

。图（）为典型的反相求和电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短念可以求得o

f1

i

f2

)i2

2.4.3当满足

RRR

时，输出电压为

f

()ii

2.4.4实现比例求和功能。当满足f2)i1i

时，输出压为

2.4.5实现了两个信号的相加运算。电路同样要求

////2

f

。该电路的性能特点与反相运算电路相同。完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====(a)反相求和运算电路同相求和运算电路典型的求和运算电路图同理，对于图（）所示的同相求和电路，当电路满////12得到输出电压为

f

的条件下，可以

RfR

i

RfR

i2

2.4.6当

1

f

时i1i同相求和电路的特点、设计思路与同相比例运算电路类似。

2.4.7图2.4.5（）单运放法电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短念且////1f2

时，可以求得

RfR

i

RfR

i2

2.4.8(a)单运放减法运算电路图

双运放减法运算电路典型的减法运算电路当

R2

f

时ii实现了两个信号的减法运算。

2.4.9图（）为双运放减法电路。大家可以自行分析，电路应该满足什么条件，才能够实现i1i2

的功能。四设任【v1、参考输信】完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====1设计一个反相比例放大电路，要求放大数；2设计一个放大倍数为11的相例放大电路；3设计一个反相求和电路，实现1

功能；4设计一个求和电路，完成

；5设计一个求和电路，要求

；6设计能够实现五实要1实验前的准备（1电路设计

0.5i

的电路。

0°

68kΩ

0°

根据理论和上述任务要求，自行设计实现电路，计算出电路中各个元件的参数。（2用Multisim仿软件进行仿真。选择一组输入电压。用虚拟仪器测量：输入电压、输出电压的幅值，填入自行设计的表格内。验证上述理论设计的正确性，并与理论计算结果进行比较。完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====（3测试方案的设计自拟实验步骤、方法。2实验任务（1检查实验仪器；检测器件和导线；（2根据自行设计的电路图选择实验器件；（3根据自行设计的电路图插接电路；（4根据自行设计的测试方案；选择仿真时的一组输入电压值。在输入端加输入信号，测量输入、输出信号的幅值并记录，并与仿真结果、估算结果比较；完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====3实验后的总结（1根据设计技术指标及实验记录总结实验体会。（2分析误差产生的原因。六思题1反相求和电路与反相比例放大电路在电结构和函数运算式上有何异同之处？2同相求和电路和同相比例放大电路在电结构和比例系数上有何异同？3估算值、仿真值、测量值三者相同吗？不相同分析产生误差的原因。七实报要1画出实验电路，整理实验数据；2将实验结果与理论计算值比较，分析产误差的原因。积分、微电路的计与验一实目了由集成运放组成的积分运算、微分运算电路的基本运算关系；掌积分运算、微分运算电路的设计方法；熟积分运算、微分运算电路的调试及测量方法。二实仪及用器（1实验仪器完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====序号

名称函数信号发生器数字示波器数字万用表交流毫伏表

型号

备注（）实验备用器件序号名称模拟集成运放块电阻电容三电原积分运算的典型形式为i

说明LM324见附件见附件

备注

2.4.10利用电容两端的电压和流过电容的电流关系，可以得到如图2.4.6（）所示积分电路。图中o

1

t0

dtio

2.4.11式中

(0)

为

t

时电容上的初始电压。根据式（），当

i

为不同形式的信号时，就会得到不同形式的输出电压。o如：当输入信号

i

，即为直流恒压的情况下，输出电压为

RC

2.4.12工作波形如图（b）所示。（）（b）（）图

积分运算电路及其工作波形当输入信号

i

是幅度为

V

的方波时，则在运放为非饱和的情况下，输出电压将变为三角波，见图（）所示。大家可以自行分析输出电压的振幅V

om

。同理，当输入信号正弦信号时，在正弦稳态情况下，输出信号将为同频率的余弦波，即实现了超前相移90o的能。完整版学习资料分享----

11=====WORD完整----可辑---专资分=====11由于微分运算与积分运算呈现对偶关系，所以将积分电路中的电阻、电容对调，既可以实现微分功能。微分电路如图2.4.7所。输出、输入的关系为

idt

2.4.12图微分电路对于微分电路，通常应该满足

RC

实际微分电路图的条件，其中T为入信号的周期。在实际电路中，为了解决直流漂移和高频噪声等问题，通常情况下在支路中串接一个电阻R，R支两端并接一个电容C。如图2.4.8所示。四设任1设计能够将1kHz峰—峰值为负半周对称的方波转换为三角波的积分运算电路；2设计能够将1kHz矩形波转换为尖峰脉冲波的电路；五实要1实验前的准备（1电路设计VCC12V

XSC1R1

ExtTrigXFG1

10kΩ

+_U1A

+

_

+

_R2

10kΩ

-12V

LM324NVEEC11µF根据理论和上述设计任务要求，自行设计实现电路，计算出电路中各个元件的参数。（2用Multisim仿软件进行仿真。A）当输入信号的幅度为2V、频率为正负半周对称的方波的情况下，用虚拟示波器完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====观察积分运算电路的输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内。B）输入信号的峰峰值为、率分别为、500Hz1000Hz弦波的情况下，用虚拟示波器观察积分运算电路的输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表内。C）输入信号的幅度为5V、频率为形波的情况下，用虚拟示波器观察微分运算电路输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内。D）输信号的幅度为V、频率分别为200Hz正波的情况下，用虚拟示波器观察微分运算电路输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内。完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====（3测试方案的设计自拟实验步骤、方法及测试表格。2实验任务（1检查实验仪器；检测器件和导线；（2根据自行设计的电路图选择实验器件；（3根据自行设计的电路图插接电路；（4根据自行设计的测试方案，完成下述实验任务表格】A）当输入信号的幅度为2V、频率为正负半周对称的方波的情况下，用示波器观察积分运算电路的输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内，并与仿结果、估算结果进行比较。B）输入信号的峰峰值为、率分别为、500Hz1000Hz弦波的情况下，用示波器观察积分运算电路的输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内并与仿真结果、估算结果进行比较。C）输入信号的幅度为5V、频率为形波的情况下，用示波器观察微分运算电路输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内，并与仿真结果、估算结果行比较。D）输信号的幅度为V、频率分别为200Hz正波的情况下，用示波器观察微分运算电路输入、输出信号波形，并记录其峰值和相位，填入自行设计的表格内，并与真结果、估算结果进行比较。完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====3实验后的总结（1根据设计技术指标及实验记录总结实验体会。（2分析误差产生的原因。六思题1有源积分电路和无源积分电路的主要区？2积分电路可以将方波转换为三角波，那当改变方波的频率时，三角波会发生何种变化？当改变方波的峰值时，三角波又有何种变化？3在向积分器输入正弦波时，若逐渐增加入信号的频率，输出信号将如何变化？4在向微分器输入正弦波时，若逐渐增加入信号的频率，输出信号将如何变化？七实报要画自行设计的实验电路，整理实验数据；将验结果与理论计算值比较，分析产生误差的原因。非正弦波发生电的设与实验完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====一实目了由集成运放组成波形发生器的电路结构；掌非正弦波发生电路的基本设计、分析和调试方法；进步理解非正弦波发生器的基本性能特点；4全面掌握波形发生电路理论设计与实验整相结合的设计方法。二实仪及用器（1实验仪器序号

名称函数信号发生器数字示波器数字万用表交流毫伏表

型号

备注（2实验备用器件序号

名称模拟集成运放块二极管稳压二极管电位器电阻电容

说明LM3241N4148见附件见附件见附件

备注三电原非正弦波主要有方波、三角波、矩形波及锯齿波。它主要是利用积分电路可以将方波转换为三角波、电压比较器可以将三角波转换为方波这样一些功能来实现的。因此非正弦波发生器的路主要由电压比较器、积分器以及反馈环节组成。电路框图如图4.3.1所。1方发器简单的方波发生器电路如图示由反相滞回电压比较器和积分电路共同构成。利用一阶RC路的三要素法可以求得方波的振荡周期为图非正弦波发生器电路组成框图22RC1R

)

2.4.13完整版学习资料分享----

34WHaHL=====WORD完整----可辑---专资分=====34WHaHL图

简单的方波发生器电路

图2.4.11图电路的工作波形图电的作波形如图所示。2占比调的形发器在方波发生器的负反馈支中接一个由二极管DD和位器R构的电路，可以构成占空比可调的矩形波发生器路如图2.4.12所是利用电位器

R

的滑动端和二极管的单向导电性，改变电容的充、放电时间常数，可以改变占空比，从而得到占空比可调的矩形波。以证明矩形波的高电平持续时间为图

占空比可调的矩形波发生器2RTR)Cln(112矩形波的低电平持续时间为

)

2.4.14TR)CL

2R12

)

2.4.15RRR其中a矩形波的周期为

2RT(2R)Cln(12

)

2.4.16占空比

THaT2R

0

0

2.4.173方、角波生完整版学习资料分享----

2111111111=====WORD完整----可辑---专资分=====2111111111常见的三角波、方波发生器的原理电路如图2.4.13所。运放A、RC构成反相积分器，将滞回电压比较器A输的方波转换成三角波三角波的峰值电压就是比较器门限电压稳压二极管的稳定电压值为，其正向导通压降为Z

()

，则当A的出为电平V时01电容C将充电，输出电压

o

下降。此时A同输入端的电压为R112

o

2.4.18当输出电压

o

下降到使A的相端电压

1

，即

R2RRR212

0

时，A的输出

01

反转为低电平

Z

，电容将反向充电，输出压

o

增大，A同输入端的电压为RV1RRRR12

2.4.19当输出电压

o

增大到使

01

，即

R112

o

0

时，A的出

01

再次反转为高电平

VZ

。以上过程周而复始，得到方和三角波，图2.4.14所。01图三角波、方波发生器的原理电路

图

图4.3.5工作波形分别令式（2.4.19）为零可以求得翻转电输出三角波电压的幅为V

RR

V

2.4.20据此可以推得方波、三角波的周期T为R4R

2.4.214锯波生器与占空比可调的矩形波相似，利用二极管的单向导电性改变积分电容的充放电时间常数，就可以得到锯齿波发生器。如图2.4.15所。完整版学习资料分享----

=====WORD完整----可辑---专资分=====图锯齿波发生器可以证明，锯齿波的上升时间为R2(R)1R下降时间为R4(R)R波形周期为T2(2)12

2.4.222.4.232.4.24四设任1设计一个用集成运放构成的方波发生器并满足一下设计要求：输出电压幅值为6V，频率为～范围内可调；2设计一个用集成运放构成的占空比可调矩形波发生器，并满足以下设计要求：振荡频率从范围～范内可调；输出电压幅值为；空比在～80)％之间可调；3设计一个用集成运放构成的方波、三角发生器，并满足一下设计要求振荡频率从范围500Hz～1kHz范内可调；输出电压幅值为6V；4设计一个用集成运放构成的锯齿波发生，并满足一下设计要求振荡频率从范围500Hz范内可调；占空比D在(40～80)之间可调；输出锯齿波电压的幅值调节范围～；五实要1实验前的准备（1电路设计根据理论和上述设计任务要求，自行设计实现电路，计算出电路中各个元件的参数。完整版学习资料分享----

=====WORD完整---