H21109-实验5-集成运算放大器的研究(第1部分)

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、实验仪器设备及软件

⑴±12V直流电源；

⑵函数信号发生器；

⑶交流毫伏表；

⑷直流电压表；                             

⑸集成运算放大器μA741×1片 ；

⑹电阻器、电容器若干。

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端短路，否则将会损坏集成块。

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、积分、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   A_Vd＝∞；

输入阻抗       R_i＝∞；

输出阻抗       R_o＝0；

带宽           f_BW＝∞；

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_o与输入电压之间满足关系式

由于A_Vd＝∞，而U_o 为有限值，因此，≈0V。即U+≈U-，称为“虚短”。

（2）由于R_i＝∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I_iB =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运放应用电路是基本原则，可简化运放电路的计算。

2．基本运算电路

（1）反相比例运算电路

电路如图7-1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

为了减少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

反相加法电路如图7-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

 R₃=R₁//R₂//R_f

即输出电压u_o (t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值最大，达到给定的u_o值所需的时间就越长。积分输出电压u_o所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。

在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K₁闭合，即通过电阻R₂的负反馈的作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K₁打开，以免因R₂的接入造成积分误差。K₂ 的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压=0V；另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号u_i 后，只要K₂ 一打开，电容就将被恒流源充电，电路也就开始进行积分运算。

四、实验内容与步骤

本实验采用的集成运放型号是μA741（F007），引脚排列如图7-6所示，它是8脚双列直插式组件，其②脚和③脚为相反和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①脚和⑤脚之间可接入一只几十kΩ的电位器并将滑动出头接到负电源端，⑧脚为空脚。

1.反相比例运算电路

（1）按图7-1连接实验电路，接通±12V电源，输入端u_i 对地短路，即进行调零和消振，。

（2）输入频率f＝100Hz，u_i =0.5V的正弦交流信号，测量相应的u_o ，并用示波器观察u_o 和u_i 的相位关系，并记入表7-1中。

表7-1

参考实验记录图：