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实验三集成运算放大器的基本应用
——模拟运算电路
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



三、实验原理
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。
1)反相比例运算电路
电路如图11-1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
(11-1)
图11-1 反相比例运算电路
为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。
2)反相加法电路
图11-2 反相加法运算电路
电路如图11-2所示,输出电压与输入电压之间的关系为
R3=R1∥R2∥RF (11-2)
3)同相比例运算电路
图11-3(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
R2=R1∥RF (11-3)
当R1→∞时,UO=Ui,即得到如图11-3(b)所示的电压跟随器。图中R2=RF,用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ,RF太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
图11-3 同相比例运算电路
4)差动放大电路(减法器)
对于图11-4所示的减法运算电路,当R1=R2,R3=RF时,有如下关系式:
(11-4)

图11-4 减法运算电路
5)积分运算电路
反相积分电路如图11-5所示。在理想化条件下,输出电压U0等于
(11-5)
式中UC(0)是t=0时刻电容C两端的电压值,即初始值。

图11-5 积分运算电路
如果Ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设UC(0)=0,则
(11-6)
此时显然RC的数值越大,达到给定的U0值所需的时间就越长,改变R或C的值积分波形也不同。一般方波变换为三角波,正弦波移相。
6)微分运算电路
微分电路的输出电压正比于输入电压对时间的微分,一般表达式为:
= (11-7)
利用微分电路可实现对波形的变换,矩形波变换为尖脉冲,正弦波移相,三角波变换为方波。

图11-6 微分运算电路
7)对数运算电路
对数电路的输出电压与输入电压的对数成正比,其一般表达式为:
u0=KlnuI (11-8)
利用集成运放和二极管组成如图11-8基本对数电路。K为负系数。
8)指数运算电路
指数电路的输出电压与输入电压的指数成正比,其一般表达式为:
(11-9)
利用集成运放和二极管组成如图11-9基本指数电路。K为负系数。
四、实验内容

1)先把运放调零(方法见实验十步骤3说明),然后在此运放处按图11-1正确连线。
2)输入f=1000Hz,Ui=100mV(有效值)的正弦交流信号,打开交流开关,用毫伏表测量Ui、U0值(用表测量的都为有效值),并用示波器观察U0和Ui的相位关系,记入表11-1。
表11-1 Ui=100mV(有效值),f=1000Hz
Ui(V)
U0(V)
Ui波形
U0波形
Av


实测值
计算值

1)按图11-3(a)连接实验电路。实验