深圳大学实验报告课程名称：模拟电子技术实验项目名称：集成运算放大电路应用（实验一）学院：物理与光电工程学院专业：授课教师：实验指导教师：学号：报告人：实验时间：实验报告提交时间：教务处制
深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 模拟电子技术 实验项目名称： 集成运算放大电路应用（实验一） 学院： 物 理 与 光 电 工 程 学 院 专业： 授课教师： 实验指导教师： 报告人： 学号： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务处制
实验一集成运算放大器的基本应用一、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、实验仪器与器件1、示波器；2、毫伏表：3、函数信号发生器；4、万用表；5、直流稳压电源；6、集成运算放大器LM324；7、电阻器、电容器若干支。三、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、微分和对数等模拟运算电路。1、理想运算放大器特性在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化。满足下列条件的运算放大器称为理想运放：开环电压增益Avd= 80输入阻抗Ri= 00输出阻抗Ro=0带宽fBw = 00失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）输出电压U。输入电压之间满足关系式U。=Avd(U+-U.)由于Aid=o而U。为有限值，因此，U+-U.～0V。称为“虚短”。(2）由于R;=o，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即Inb=0称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。上述两个特性是分析理想应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。本实验电路模块采用集成运放LM324，其端子排列图如图1-1所示
实验一 集成运算放大器的基本应用 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、实验仪器与器件 1、示波器； 2、毫伏表； 3、函数信号发生器 ； 4、万用表； 5、直流稳压电源； 6、集成运算放大器 LM324； 7、电阻器、电容器若干支。 三、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外 部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各 种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、微分和对数等 模拟运算电路。 1、 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化。 满足下列条件的运算放大器称为理想运放： 开环电压增益 Avd = ∞ 输入阻抗 Ri = ∞ 输出阻抗 Ro = 0 带宽 fBW = ∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： (1) 输出电压 Uo 输入电压之间满足关系式 Uo = Avd(U+–U-) 由于 Aid = ∞ ,而 Uo 为有限值，因此，U+ –U- ≈0V。称为“虚短”。 (2) 由于 Ri =∞ ,故流进运放两个输入端的电流可视为零，即 IIb =0 称为“虚 断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 本实验电路模块采用集成运放 LM324，其端子排列图如图 1-1 所示
4329118101LEPLM324D467+u图1-1LM324的端子排列图1.基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图1所示。对于理想，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为RLU，为了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U.=R,平衡电阻R2=Ril/Rf。uuo图1反相比例运算电路（2）反相加法电路反相加法电路如2所示，输出电压与输入电压之间的关系RLU2)R,U。=-(R3=R1/R2/RfU2+RR2ui1akdui2uookA10N0二图2反相加法电路
1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 LM324 +u -u 图 1-1 LM324 的端子排列图 1. 基本运算电路 (1)反相比例运算电路 电路如图 1 所示。对于理想，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 i f o U R R U 1 = − ，为了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 。 图 1 反相比例运算电路 （2）反相加法电路 反相加法电路如 2 所 示 ， 输 出 电 压 与 输 入 电 压 之 间 的 关 系 ( ) 2 2 2 1 0 i f i f U R R U R R U = − + R3=R1//R2//Rf 图 2 反相加法电路
（3）同相比例运算电路R图3(a)同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系U。=(1+UR,R2=R//RfRE100k02UARuo10knLM324ADui2图3（a）同相比例运算电路R;→oo时，Uo=ui,即得到如图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10kQ，R太小起不到保护作用：太大则影响跟随性。RF10kQD12VuouiLM324ADT图3（b）电压跟随器（4）差动放大电路（减法器）对于图4所示减法运算电路，当R=R2.R3=Rf时，有如下关系式00kui1uoui2
（3）同相比例运算电路 图 3（a）同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系 i f U R R U (1 ) 1 0 = + R2=R//Rf 图 3（a）同相比例运算电路 Ri→∞ 时，uo=ui ,即得到如图 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 10kΏ, Rf 太小起不到保护作用；太大则影响跟随 性。 图 3（b）电压跟随器 （4）差动放大电路（减法器） 对于图 4 所示减法运算电路，当 Ri = R2 ,R3 =Rf 时，有如下关系式
图4减法运算电路R,U.=L(U2 -U,)R（5）积分运算电路反相积分电路如图5所示。在理想化条件下，输出电压uo等于式中，uc(o）是t=0时刻，电容C两端的电压值，即初始值。如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(o)=0V,则E1'Edt =U(t) =R,CJR,C即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的uo值所需的时间就越长。积分输出电压uo所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。十0.01uF121uiuo00ksM324AD10k0图5积分运算电路四、实验内容及方法实验前要看清运放组件各引脚的位置，切忌正、负电源极性接反和输出短路否则将会损坏集成块。1、反相比例运算电路(1)按图1正确连接实验电路，接通土12V电源。(2)输入频率f=100Hz,U;=0.5V的正弦交流信号，测量相应的U。,并用示波器观察U。和U的相位关系，将数据记录表1中。AvUiVUo/V实测值计算值
图 4 减法运算电路 ( ) 2 1 1 0 i i f U U R R U = − （5）积分运算电路 反相积分电路如图 5 所示。在理想化条件下，输出电压 uo 等于 式中，uc (o) 是 t =0 时刻，电容 C 两端的电压值，即初始值。 如果 ui (t)是幅值为 E 的阶跃电压，并设 uc (o) =0V,则 t R C E Edt R C U t t 1 0 1 0 1 ( ) = − = − 即输出电压 uo (t)随时间增长而线性下降。显然 RC 的数值越大，达到给定的 uo 值所需的时间就越长。积分输出电压 uo 所能达到的最大值受集成运放最大输出 范围的限值。 图 5 积分运算电路 四、实验内容及方法 实验前要看清运放组件各引脚的位置，切忌正、负电源极性接反和输出短路， 否则将会损坏集成块。 1、反相比例运算电路 (1)按图 1 正确连接实验电路，接通±12V 电源。 (2)输入频率 f =100Hz,Ui =0.5V 的正弦交流信号，测量相应的 Uo ,并用示波器 观察 Uo 和 Ui 的相位关系，将数据记录表 1 中。 Ui/V Uo/V Av 实测值 计算值