电子技术实验报告—实验8集成运算放大器的运用——运算器

电子技术实验报告实验名称：集成运算放大器的运用——运算器系别：班号：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：目录一、实验目的...................................................................................................................................3二、实验原理...................................................................................................................................31.反相放大器.........................................................................................................................32.同相放大器.........................................................................................................................33.电压跟随器.........................................................................................................................44.反向加法器.........................................................................................................................45.减法器.................................................................................................................................56.积分器.................................................................................................................................5三、实验仪器...................................................................................................................................6四、实验内容...................................................................................................................................61.反相放大器.........................................................................................................................62.同相放大器.........................................................................................................................83.加法器.................................................................................................................................94.减法器...............................................................................................................................115.积分器...............................................................................................................................12五、实验小结.................................................................................................................................13一、实验目的1.熟悉集成运算放大器的性能和使用方法；2.掌握集成运放的构成基本的模拟信号运算电路。二、实验原理集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的直流放大器。若外加反馈网络，便可实现各种不同的电路功能。例如，施加线性负反馈网络，可以实现放大功能，以及加、减、微分、积分等模拟运算功能；施加非线性负反馈网络，可以实现乘、除、对数等模拟运算功能以及其他非线性变换功能。1.反相放大器电路如图2所示，信号由反相端输入。在理想的条件下，反相放大器的闭环电压增益为：AVF=VOVi=−RFR1由上式可知，闭环电压增益的大小，完全取决于电阻的比值RF/R1，电阻值的误差将是测量误差的主要来源。当取RF=R1,则放大器的输出电压等于输入电压的负值，即：VO=−RFR1Vi=−Vi此时反相放大器起反相跟随器作用。2.同相放大器电路如图3所示，信号由同相端输入，在理想的条件下，同相放大器的闭环电压增益为：AVF=VOVi=1+RFR1图2反相放大器图3同相放大器3.电压跟随器电路如图4所示，它是在同相放大器的基础上，当R1趋于无穷时，AVF趋于1，同相放大器就转变为电压跟随器。它是百分之百电压串联负反馈电路，具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压增益接近1的特点。图4同相跟随器原理图4.反向加法器电路如图6所示。当反相端同时加入信号Vi1和Vi2，在理想条件下，输出电压为：VO=−(RFR1Vi1+RFR2Vi2)，当R1=R2时，上式简化为：VO=−RFR1(Vi1+Vi2)图6反相加法器5.减法器电路如图7所示，当反相和同相输入端分别加入Vi1和Vi2时，在理想条件下，若R1=R2，RF=R3时，输出电压为：VO=RFR1(Vi2−Vi1)图7减法器6.积分器电路如图8所示，输入（待积分）信号加到反相输入端，在理想条件下，如果电容两端的初始电压为零，则输出电压为：VO(t)=−1R1C∫Vi(t)T2Odt当Vi(t)是幅值为Ei的阶跃电压时：VO(t)=−1R1CEit此时，输出电压Vo(t)随时间线性下降。当Vi(t)是峰值为ViP的矩形波时，Vo(t)的波形为三角波，输出电压的峰峰值为：VOP−P=−VipR1·C·T2图8积分器三、实验仪器1.示波器1台2.函数发生器1台3.数字万用表1台4.电子学试验箱1台5.交流毫伏表1台四、实验内容1.反相放大器（1）按图2搭实验电路，先测量RF=99.35KΩ，R1=9.78KΩ，计算AVF=VOVi=−RFR1=−10.16（2）输入直流信号电压Vi1，用数字电压表DCV档分别测量Vi和Vo记入表1，并计算电压放大倍数AVF。（3）将输入信号改为频率1kHz的正弦波，当Vip-p=1.5V时，用双踪示波器同时定量观察Vi和Vo，在同一时间坐标上画出输入、输出波形。实验中示波器观察到的波形：绘制的输入、输出波形：表1反相放大器、同相放大器测量表直流交流ViVoAvVip-pVop-pAv反相放大器0.7133V-7.289V-10.221.55V15.7V10.13同相放大器0.7137V7.994V11.201.55V17.3V11.162.同相放大器（1）按图3搭实验电路，先测量RF=99.35KΩ，R1=9.78KΩ，计算AVF=VOVi=1+RFR1=11.16（2）输入直流信号电压Vi1，用数字电压表DCV档分别测量Vi和Vo记入表1，并计算电压放大倍数AVF。（3）将输入信号改为频率1kHz的正弦波，当Vip-p=1.5V时，用双踪示波器同时定量观察Vi和Vo，在同一时间坐标上画出输入、输出波形。实验中示波器观察到的波形：绘制的输入、输出波形：3.加法器（1）根据图6电路，求出R3；并测量R1=9.895KΩ、R2=9.777KΩ、R3=4.731KΩ。（2）按图搭接电路；Vi1输入直流电压0.2V、Vi2输入交流电压Vi2p-p=400mV（f=1kHz）。（3）用数字表DCV、ACV分别测量VO，并用双踪示波器观察并定量画出波形VO。实验中示波器观察到的波形：绘制的输入、输出波形：表2反相加法器、减法器测量表Vi1Vi2p-pVODCVACV反相加法器0.2V0.4V-2.112V1.457V减法器-2.005V1.388V4.减法器（1）根据图7电路，求出R3；并测量R1=9.895KΩ、R2=9.777KΩ、R3=101.16KΩ。（2）按图搭接电路；Vi1输入直流电压0.2V、Vi2输入交流电压Vi2p-p=400mV（f=1kHz）。（3）用数字表DCV、ACV分别测量VO，并用双踪示波器观察并定量画出波形VO。实验中示波器观察到的波形：绘制的输入、输出波形：5.积分器（1）按图8搭接实验电路；（2）从信号发生器输出方波信号作Vi，频率f=1kHz，用双踪示波器同时观察Vi和Vo的波形，要求Vip-p=1V。在同一时间坐标上画出输入、输出波形，并定量计下Vi、Vo和周期T，并与理论计算Vop-p进行比较。Vip-p=1.05V,T=999.9μs，Vop-p=2.49V，T=1.0002ms理论计算：VOP−P=−VipR1·C·T2=−1.05210×103×10×10−9×10−32=−2.625V相对误差：E=|2.49−2.625|2.625×100%≈6%实验中示波器观察到的波形绘制的输入、输出波形五、实验小结集成运放里面的电路比较复杂，但是我们通过这次简单的验证性实验熟悉的了解了集成运放的性能和使用方法，掌握了它的基本模拟信号运算电路。能够独自搭建较低要求的模拟信号处理的单元电路。在做本次实验时，要特别注意管脚的顺序和位置，不要接错了。