厦门大学电子技术实验八集成运算放大器的运用——运算器

实验报告实验名称：实验八集成运算放大器的运用——运算器系别：班号：实验组别：实验者姓名：学号：实验日期：实验报告完成日期：指导教师意见：目录二、实验原理....................................................................3三、实验仪器....................................................................6四、实验内容及数据.......................................................61.反相放大器.............................................................62.同相放大器.............................................................83.加法器....................................................................104.减法器....................................................................125.积分器....................................................................13五、实验总结................................................................14一、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。本实验采用TL082型集成运算放大器，其管脚如图1所示。注意：在使用过程中，正、负电源不能接反，输出端不能碰电源，接错将会烧坏集成运算放大器。1、反相放大器：在理想的条件下，反相放大器的闭环电压增益为：1RRVVAFiOVF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：iiFOVVRRV1。此时反相放大器起反向跟随器的作用。2、同相放大器：在理想条件下，铜线放大器的闭环电压增益为：11RRVVAFiOVF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→∞时，Avf→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、输入阻抗低、电压增益接近1的特点。图4中，由于反相端与输出端直接相连，当输入电压超过共模输入电压允许值时，则会发生严重的堵塞现象，为了避免发生这种现象，通常采用图5所示的电压跟随器改进电路。并令R2=R1||Rf=9.1KΩ。3、反相加法器：在理想条件下，输出电压为：2211iFiFOVRRVRRV，当R1=R2时，上式简化为：)(211iiFOVVRRV。4、减法器：在理想条件下，若R1=R2，RF=R3时，输出电压为：)(121iiFOVVRRV若RF=R1,，则VO=VI2-VI1，故此电路又称模拟减法器。5、积分器：输入（待积分）信号加到反相输入端，在理想情况下，如果电容两端的初始电压为零，则输出电压为：2)(1)(V1TOtitOdtCRV当Vi(t)是幅值为Ei的阶跃电压时，tECRVitO1)(1此时，输出电压VO(t)随时间线性下降。当Vi(t)时峰值振幅为ViP的矩形波时，VO(t)的波形为三角波。如图8(b)所示，根据上式，输出电压的峰峰值为：21TCRVVipPOP在实际实验电路中，通常在积分电容C的两端并接反馈电阻RF，其作用是引入直流负反馈，目的是减小运放输出直流漂移。但是RF的存在对积分器的线性关系有影响，因此，RF不宜取太小，一般取100KΩ为宜。三、实验仪器1.示波器一台2.函数发生器一台3.数字万用表一台4.电子学实验箱一台5.交流毫伏表一台四、实验内容及数据1.反相放大器：（1）按图2搭接电路，先测量RF=101.60KΩ，R1=9.87KΩ，计算得AVF=-10.29（2）输入直流信号电压VI1（实验箱），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。在测量过程中，输出端不应有削波失真或自激干扰现象，并计算AVF表一反相放大器测量表放大倍数测量值与理论值之间的相对误差：%0.2%10029.1010.29-5.10-%5.0%10029.10-29.1034.10--理理测交流理理测直流AvAvAvEAvAvAvE直流（V）交流（V）波形ViVoAvVip-pVop-pAV反相放大器0.783-8.098-10.341.5716.510.5反相，图9、图10图9实验中观察到的波形2.同相放大器：（1）按图3搭接电路，测量RF=101.60KΩ，R1=9.87KΩ，计算AVF=11.29（2）输入直流信号电压VI1（实验箱），用数字电压表DCV档分别测量VI和VO记入表中，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，在同一时间坐标上划出输入输出波形。输出端不应有削波失真或自激干扰现象，并计算AVF放大倍数测量值与理论值之间的相对误差：%1.4%10029.1111.29-75.11-%5.0%10029.1129.11-34.11-理理测交流理理测直流AvAvAvEAvAvAvE图11实验中观察到的波形直流（V）交流（V）波形ViVoAvVip-pVop-pAV同相放大器0.7838.88511.341.5418.111.75同相，图11、图123.加法器：（1）根据图6电路，求出R3=4.76KΩ。并测量得R1=9.747KΩ，R2=9.921KΩ，R3=4.602KΩ。（2）搭接电路；VI1输入直流电压0.2V、VI2输出交流电压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V。表三反相加法器测量表Vi1Vi2p-pVo波形DCVACV反相加法器0.20.4-2.004V1.469V反相，图13、14图13反相加法器实验波形4.减法器：（1）根据上面的图，R1=9.952KΩ，R2=9.953KΩ，R3=102.23KΩ（2）按图搭接电路；VI1输入直流电压0.2V、VI2输出交流电压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V。表四减法器测量表Vi1Vi2p-pVo波形DCVACV减法器0.20.4-1.981V1.498V同相，图15、16图15减法器实验波形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，用双线示波器同时观察Vi和VO的波形。要求Vip-p=1V，占空比1/2。在同一时间坐标上画出输入、输出波形，并定量记下Vi、VO和周期T，并与理论计算Vop-p进行比较。图15实验波形图Vip-p=1.030V，VOp-p=2.61V，T=999.0μsVVTCRVVPOP64.22100.999101010747.92/030.12-6931ip%14.1%10064.264.2-61.2%100-p-p理理测相对误差VVVEOV五、实验总结1、在测量过程中要注意观察输出端波形，不应有削波失真或自己干扰现象。2、计算时注意测量所得的值为峰峰值还是有效值。3、接运算放大器时要注意不要使其管脚短路。4、本实验中的误差来源：运算放大器不是理想运放，实验中所用到的万用表、示波器的系统误差，桌面的振动等因素对示波器的干扰等。