集成运放电路(国开集成运放的线性运算电路）

口口导航网文章阅读 2022-02-13 14:41:12 229 0

集成运放的线性运算电路

一、实验目的：

1．掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能。

2．了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

3．掌握在放大电路中引入负反馈的方法。

二、实验内容

1．实现两个信号的反相加法运算。

2．实现同相比例运算。

3．用减法器实现两信号的减法运算。

4．实现积分运算。

5．用积分电路将方波转换为三角波。

三、实验准备

1．复习教材中有关集成运放的线性应用部分。

2．拟定实验任务所要求的各个运算电路，列出各电路的运算表达式。

3．拟定每项实验任务的测试步骤，选定输入测试信号S的类型（直流或交流）、幅度和频率范围。

4．拟定实验中所需仪器和元件。

5．在图9.30所示积分运算电路中，当选择I＝0.2V时，若用示波器观察O（t）的变化轨迹，并假定扫速开关置于“1s/div”，Y轴灵敏度开关置于“2V/div”，光点一开始位于屏幕左上角，当开关S2由闭合转为打开后，电容即被充电。试分析并画出O随时间变化的轨迹。

四、实验原理与说明

由集成运放、电阻和电容等器件可构成比例、加减、积分、微分等模拟运算电路。在这些应用中，须确保集成运放工作在线性放大区，分析时可将其视为理想器件，从而得出输入输出间的运算表达式。下面介绍几种常用的运算电百思特网路：

1．反相加法运算

电路如图9.27所示，其输入与输出之间的函数关系为：

图9.27 反相加法运算电路

通过该电路可实现信号I1和I2的反相加法运算。为了消除运放输入偏置电流及其漂移造成的运算误差，须在运放同相端接入平衡电阻R3，其阻值应与运放反相端的外接等效电阻相等，即要求R3= Rl∥R2∥Rf。

实验时应注意：

（1）为了提高运算精度，首先应对输出直流电位进行调零，即保证在零输入时运放输出为零。

（2）输入信号采用交流或直流均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频率响应和输出幅度的限制。

（3）为防止出现自激振荡，应用示波器监视输出电压波形。

2．同相比例运算

图9.28所示电路为同相比例运算电路，其特点是输入电阻比较大，输入与输出电压之间的函数关系为：

电阻R2的接入同样是为了消除运放输入偏置电流的影响，要求 R2=R1∥Rf。实验注意事项同前。

图9.28 同相比例运输电路

3．减法器（差分放大电路）

图9.29所示电路为减法器电路。为了消除运放输入偏置电流的影响，要求R1=R2、Rf=R3。该电路输入与输出之间的函数关系为：

实验注意事项同前。

图9.29 减法器

4．积分运算电路

积分运算电路如图9.30所示。在进行积分运算之前，首先应对运放输出调零。为了便于调节，将图中S1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用实现调零。但在完成调零后，须将S1打开，以免因R2的接入而造成积分误差。S2的设置一方面为积分电容提供放电通路，将其闭合即可实现积分电容初始电压vC(0)=0；另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号vI后，只要S2一打开，电容就被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

图9.30 积分运算电路

由图可知：

式中，

。若输入0.2V的直流电压，则：

此时，电路输出vO与时间t成线性关系，vO随时间变化的轨迹可通过示波器直接观察。具体做法是先将光点移至屏幕左上角作为坐标原点，Ｙ轴输入耦合选用“直接耦合”，扫速开关和Y轴灵敏度开关均置于适当位置，触发方式采用“常态触发”。此时若将S2打开，即可看到光点随时间移动的轨迹，由此可分析vO与时间t的关系。

5．用积分电路将方波转换为三角波

电路如图9.31所示。图中，电阻R2的接入是为了抑制由IIO和VIO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出。

图9.31 将方波转换为三角波

由电路可得下列运算关系：

式中，

。

当t<<2时，有

所以，

在t<<2（2=R2C）的条件下，若vI为常数，则vO与t将近似成线性关系。因此，当vI为方波信号并满足Tp<<2时（Tp为方波高电平宽度），则vO为三角波，且方波的周期愈小，三角波的线性度愈好，但三角波的幅度将随之减小。

实验时要求方波的周期可按TP≈2、TP<<2和百思特网 TP>>2三种情况来选取，分别用示波器观察输出和输入电压波形，记录输出电压波形的幅度和线性情况。

五、计算机辅助设计

按下列要求设计运算电路，并对电路进行仿真分析。其中运放可选A741。