模电实验-模拟运算电路

实验报告实验单位电子系2015本（2）班姓名成绩教师签名课程名称模拟电子技术实验学号实验项目模拟运算电路实验日期2017年5月16日一、实验目的1．研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。二、实验仪器1、THM-3A模拟电路实验箱2、SS-7802A双踪示波器3、MVT-172D交流数字毫伏表4、数字万用电表5、集成运算放大器μA741×16、电阻10K×4；100K×3；1MΩ×17、电容器10μ×1三、原理摘要本实验采用的集成运放型号为μA741（或F007），引脚排列如图8－1所示，它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十千欧的电位器并将滑动触头接到负电源端。⑧脚为空脚。图8－1μA741管脚图1．集成运放在使用时应考虑的一些问题（1）输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。做线性运算电路实验时，要注意输入电压的取值应保证运放工作在线性区。运放工作在线性区与输入电压有关；运放只有工作在深度负反馈时才工作在线性区；当运放工作在非线性区时，输出电压保持不变，其值取决于电源电压，且略小于电源电压。μA741的输出最大值约在12-13V左右。（2）调零。调零时，将输入端接地，调零端接入电位器RW，用直流电压表测量输出电压U0，细心调节RW，使U0为零（即失调电压为零）。（3）消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。2．理想运算放大器特性在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。开环电压增益Aud=∞、输入阻抗ri=∞、输出阻抗ro=0、带宽fBW=∞失调与漂移均为零等。3．理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式UO＝Aud（U+－U－）由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。4．基本运算电路（1）反相比例运算电路电路如图8－2所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i1FOURRU为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1//RF。图8－2反相比例运算电路图8－3（a）同相比例运算电路（b）电压跟随器（2）同相比例运算电路图8－3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i1FO)URR(1UR2＝R1//RF（3）反相加法电路电路如图8－4所示，输出电压与输入电压之间的关系为)URRURR(Ui22Fi11FOR3＝R1//R2//RF（4）差动放大电路（减法器）对于图8-5所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时，有如下关系式)U(URRUi1i21FO图8－4反相加法运算电路图8－5减法运算电路图四、实验内容与步骤实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。1．反相比例运算电路（1）按图8－2连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零。（2）输入f=100Hz，iU=0.5V的正弦交流信号，用数字交流放毫伏表测量相应的OU，并用示波器观察Ou和iu的相位关系，记入表8-1。2．同相比例运算电路（1）按图8－3连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零。（2）输入f=100Hz，iU=0.5V的正弦交流信号，用数字交流放毫伏表测量相应的OU，并用示波器观察Ou和iu的相位关系，记入表8-2。3．反相加法运算电路（1）按图8－4连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零。（2）输入信号采用直流信号（实验箱面板下端的直流可调信号源），实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。（3）用直流电压表测量输入电压i1U、i2U及输出电压OU，记入表8-3。4．减法运算电路（1）按图8－5连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零。（2）输入信号采用直流信号（实验箱面板下端的直流可调信号源），实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。（3）用直流电压表测量输入电压i1U、i2U及输出电压OU，记入表8-4。五、实验数据及数据处理表8-1反相比例运算电路iU（V）OU（V）iU波形OU波形VA0.5015.03实测值计算值10.0410Av实测值=Uo/Ui=5.03/0.501=10.04Av计算值=Rf/R1=100K/10K=10表8-2同相比例运算电路iU（V）OU（V）iU波形OU波形VA0.5045.61实测值计算值11.1311Av实测值=Uo/Ui=5.61/0.504=11.13Av计算值=1+Rf/R1=1+100K/10K=11表8-3反相加法运算电路i1U（V）0.100.100.100.100.1012U（V）0.100.200.300.400.50OU（V）-1.882-2.77-3.76-4.78-5.79表8-4减法运算电路i1U（V）0.100.200.300.400.5012U（V）0.500.500.500.500.50OU（V）3.983.001.990.98-0.023六、思考题1．整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。波形如表8－1、表8－2所示。2．将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。（1）反相比例运算电路Av实测值10.4计算值10（2）同相比例运算电路Av实测值11.13计算值11（3）反相加法运算电路Uo实测值-1.882-2.77-3.76-4.78-5.79理论值-2-3-4-5-6（4）减法运算电路Uo实测值3.983.001.990.98-0.023理论值43210误差分析：从表中数据对比可以看出，理论值和测量值有一定的范围内近似相等。误差原因：1.由于实验设备使用时间的关系，实验电路板的电阻的实际阻值和标注的阻值存在误差，电路中的其他元件老化等对电路也有一定的误差。2.在用万用表测量实验数据时，首先万用表本身存在误差，其次在测量有些数据时，万用表显示的数值一直在跳动难以稳定，这也对数据的读出造成不能忽视的影响。