集成運算放大器的基本應用

UU=FU實驗十一集成運算放大器的基本應用——模擬運算電路1、研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。2、了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。4、信號發生器在線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數、指數等模擬運算電路。電壓與輸入電壓之間的關系為UiRORi1RR415-+7UO 為減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻RK。R2=R1∥R，此FU=(FU+U=(FU+FU)i1Ri22U=(1+F)UUUi2Uh2、反相加法電路4415-+7OR13、同相比例運算電路312F 圖11-3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為ORi21F 1OiF412-2-76UO6UO+U+U1UR2U1ii74、差動放大電路(減法器)UU=(UU)R1i2i1F(11-4)h5、積分運算電路R1MF4UUi++700RC0iCC如果U(t)是幅值為E的階躍電壓，并設U(0)=0，則iCUt1jtEdt=Et0RC0RC (11-6)O也不同。一般方波變換為三角波，正弦波移相。6、微分運算電路微分電路的輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分，一般表達式為：0dt h利用微分電路可實現對波形的變換，矩形波變換為尖脈沖。56UO-+7Ui7、對數運算電路對數電路的輸出電壓與輸入電壓的對數成正比，其一般表達式為：u=KlnuK為負系數。0i(11-8)D41Ui-Ui-+7由于對數運算精度受溫度、二極管的內部載流子及內阻影響，僅在一定的電流范圍才滿電路，D為普通二極管，取頻率為1KHz，峰峰值為500mV的三角波作為輸入信號U，打開直i流開關，輸入和輸出端接雙蹤示波器，調節三角波的幅度，觀察輸入和輸出波形如下所示：在三角波上升沿階段輸出有較凸的下降沿，在三角波下降沿階段有較凹的上升沿。如若波形的相位不對調節適當的輸入頻率。8、指數運算電路h指數電路的輸出電壓與輸入電壓的指數成正比，其一般表達式為：(11-9)I0(11-9)I0由于指數運算精度同樣受溫度、二極管的內部載流子及內阻影響，本實驗僅供有興趣的度，觀察輸入和輸出波形如下所示，在三角波上升階段輸出有一個下降沿的指數運算，在下降沿階段輸出有一個上升沿運算階段。如若波形的相位不對調節適當的輸入頻率。號源再加入運放輸入端，另外做實驗前先對運放調零，若失調電壓對輸出影響不大，可以不用調零，以后不再說明調零情況，調零方法見實驗十步驟3。a.反相比例運算電路i2、打開直流開關。調節信號源輸出f=100Hz，Ui=0.5V(峰峰值)的正弦交流信號，用UU波形i0i0Avh實測值實測值計算值b.同相比例運算電路aAvAv值U波形i0i0c.反相加法運算電路所示電路為簡易直流信號源。UiUi2、打開系統電源，用萬用表測量輸入電壓UU(且要求均大于零小于OU(V)i1U(V)hOd.減法運算電路U(V)i1U(V)Oe、積分運算電路ii打開直流開關，輸出端接示波器，可觀察到三角波波形輸出并記錄之。f、微分運算電路ii打開直流開關，輸出端接示波器，可觀察到尖頂波波形輸出并記錄之。h實驗十二集成運算放大器的基本應用——波形發生器1、學習用集成運放構成正弦波、方波和三角波發生器。2、學習波形發生器的調整和主要性能指標的測試方法。1、RC橋式正弦波振蕩器(文氏電橋振蕩器)D11R6+7RFRCFR415R23R1、R及二極管等元件構Wh位器Rh，可以改變負反饋深度，以滿足振蕩的振幅條件和改善波形。利用兩個反向并聯二極管D1、W電路的振蕩頻率f=102RCR起振的幅值條件F>2R1FWDD 調整R，使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說明負反饋太強，應適當加大WFFC由集成運放構成的方波發生器和三角波發生器，一般均包括比較器和RC積分器兩大部點是線路簡單，但三角波的線性度較差。主要用于產生方波，或對三角波要求不高的場合。(12-3)該電路的振蕩頻率：f=1(12-3)2RCln2RCln(1+2)ffR'111方波的輸出幅值U=±Uomz2 三角波的幅值'U=2UcmR'+R'Z2 Wh(或C)來實現振蕩頻率的調節。FFRR20KF415-+7UC0.01FRUW6K2V6K2V的方波經積分器積分可到三角波，三角波又觸發比較器自動翻轉形成方波，這樣即可構成三角波、方波發生器。由于采用運放組成的積分電路，因此可實現恒流充電，使三角波線性大方波的幅值三角波的幅值Rf=204R(R+f=21fWfO1O2(12-6)(12-7)(12-8)WRRh44156+720KF56UO1K2V+7K2V22323aRC振蕩器o2、打開直流開關，調節電位器R，使輸出波形從無到有，從正弦波到出現失真。描繪WU的波形，記下臨界起振、正弦波輸出及失真情況下的R值，分析負反饋強弱對起振條件及oW3、調節電位器R，使輸出電壓U幅值最大且不失真，用交流毫伏表分別測量輸出電壓WoUo、反饋電壓U+(運放③腳電壓)和U-(運放②腳電壓)，分析研究振蕩的幅值條件。O阻，觀察記錄振蕩頻率的變化情況，并與理論值進行比較。5、斷開二極管D1、D2，重復3)的內容，將測試結果與3)進行比較分析D1、D2的穩b.方波發生器2、打開直流開關，用雙蹤示波器觀察U及U的波形(注意對應關系)，調節R輸出正0102W弦波和方波。測量其幅值及頻率，記錄之。W0102WWOhc.三角波和方波發生器WO1O2Wh實驗十三集成運算放大器的基本應用信號處理——有源濾波器4、信號發生器波器的通頻帶范圍內幅度下降過多的缺點，通常采用將第一級電容C的接地端改接到輸出端的方h這種有源濾波器的幅頻率特性為(13-1)(13-1)0000R式中：A=1+f為二階低通濾波器的通帶增益；R11=為截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率=0RC1Q=2、高通濾波器只要將低通濾波電路中起濾波作用的電阻、電容互換，即可變成有源高通濾波器，。這種高通濾波器的幅頻特性為hi0(13-2) Ai0(13-2)00Q003、帶通濾波器這種濾波電路的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號都被阻斷。典型的帶通濾波器可以從二階低通濾波電路中將其中一R1SR1SUi1+BS+(S)20=0=0RC2RR313fQ=0BRUUiR415-3+R27(13-3)(13-4)(13-5)(13-6)UO0h這種電路的優點是改變R和R1的比例就可改變頻帶寬而不影響中心頻率。f4、帶阻濾波器(或受到很大衰減)，而在其余頻率范圍，信號則能順利通過。常用于抗干擾設備中。U+iUU+iR這種電路的輸入、輸出關系為Ui1+2(2A)S+(S)20式中：A=f;=,由式中可見，R0RC10(13-7)a.二階低通濾波器i2、打開系統電源，調節信號源輸出U=1V(峰峰值)的正弦波，改變其頻率(接近理i論上的截止頻率338Hz附近改變)，并維持U=1V(峰峰值)不變，用示波器監視輸出波形，iOzh觀察輸出波形，越接近截止頻率得到的正弦波越好，頻率遠小于截止頻率時波形幾乎不變仍為方波。有興趣的同學以下濾波器也可用方波作為輸入，因為方波頻譜分量豐富，可以用示波器更好的觀察濾波器的效果。b.二階高通濾波器i2、打開系統電源，調節信號源輸出U=1V(峰峰值)的正弦波，改變其頻率(接近理論i上的高通截止頻率1.6K附近改變)，并維持U=1V(峰峰值)不變，用示波器監視輸出波形，iOz0c.帶通濾波器i2、打開系統電源。調節信號源輸出U=1V(峰峰值)的正弦波，改變其頻率(接近中心i頻率為1040Hz附近改變)，并維持U=1V(峰峰值)不變，用示波器監視輸出波形，用頻率iU心頻率為1040Hz，4、以實測中心頻率為中心，測出電路的幅頻特性。d.帶阻濾波器i2、打開系統電源。調節信號源輸出U=1V(峰峰值)的正弦波，改變其頻率，并維持Uii=1V(峰峰值)不變，用示波器監視輸出波形，用頻率計測量輸入頻率，用毫伏表測量輸出電O3、實測電路的中心頻率。4、測出電路的幅頻特性。h實驗十四集成運算放大器的基本應用1、掌握比較器的電路構成及特點。2、學會測試比較器的方法。U為參考電壓，輸入電壓U加在反相輸入端。圖RiiROZ當U>U時，運放輸出低電平，Dz正向導通，輸出電壓等于穩壓管的正向壓降U，即：iRDU=?UODRh雙限比較器(又稱窗口比較器)等。hO斷由一個極限值轉換到另一個極限值，這在控制系統中，對執行機構將是很不利的。為此，從輸出端引一個電阻分壓支路到同相輸入端，若U改變狀態，U點也隨著改變電位，使O∑過零點離開原來位置。當UO為正(記作UD)U=UD，則當UD>U∑后，UO即由Di