實驗報告
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一、實驗目的
1、研究由整合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。
二、實驗原理
整合運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現各種特定的函式關係。**性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路。
理想運算放大器特性
在大多數情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。
開環電壓增益 aud=∞
輸入阻抗 ri=∞
輸出阻抗 ro=0
頻寬fbw=∞
失調與漂移均為零等。
理想運放**性應用時的兩個重要特性：
（1）輸出電壓uo與輸入電壓之間滿足關係式
uo＝aud（u+－u－）
由於aud=∞，而uo為有限值，因此，u+－u－≈0。即u+≈u－，稱為「虛短」。
（2）由於ri=∞，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即iib＝0，稱為「虛斷」。這說明運放對其前級吸取電流極小。
上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。
基本運算電路
1) 反相比例運算電路
電路如圖6－1所示。對於理想運放， 該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關係為
為了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r2＝r1 // rf。
圖6－1 反相比例運算電路圖6－2 反相加法運算電路
2) 反相加法電路
電路如圖6－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關係為
r3＝r1 // r2 // rf
3) 同相比例運算電路
圖6－3(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係為
r2＝r1 // rf
當r1→∞時，uo＝ui，即得到如圖6－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中r2＝rf，用以減小漂移和起保護作用。一般rf取10kω， rf太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。
(a) 同相比例運算電路b) 電壓跟隨器
圖6-3 同相比例運算電路
4) 差動放大電路（減法器）
對於圖6-4所示的減法運算電路，當r1＝r2，r3＝rf時， 有如下關係式
圖6－4 減法運算電路圖圖 6-5 積分運算電路
三、實驗裝置與器件
1、±12v直流電源 2、函式訊號發生器
3、交流毫伏表 4、直流電壓表
5、整合運算放大器μa741×1
電阻器、電容器若干。
四、實驗內容
實驗前要看清運放元件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞整合塊。
1、反相比例運算電路
1) 按圖6－1連線實驗電路，接通±12v電源，輸入端對地短路，進行調零和消振。
2) 輸入f＝100hz，ui＝0.5v的正弦交流訊號，測量相應的uo，並用示波器觀察uo和ui的相位關係，記入表6-1。
表6-1 ui＝0.5v，f＝100hz
2、同相比例運算電路
1) 按圖6－3(a)連線實驗電路。實驗步驟同內容1，將結果記入表6－2。
2) 將圖6－3(a)中的r1斷開，得圖6－3(b)電路重複內容1)。
表6－2[6-3（a）] ui＝0.5v f＝100hz
表6－2[6-3（b）]
表6-2[6-3（b）]
3、 反相加法運算電路
1) 按圖6－2連線實驗電路。調零和消振。
2) 輸入訊號採用直流訊號，圖6－6所示電路為簡易直流訊號源，由實驗者自行完成。實驗時要注意選擇合適的直流訊號幅度以確保整合運放工作**性區。用直流電壓表測量輸入電壓ui1、ui2及輸出電壓uo，記入表6－3。
圖6－6 簡易可調直流訊號源
表6-3
4、減法運算電路
1) 按圖6－4連線實驗電路。調零和消振。
2) 採用直流輸入訊號，實驗步驟同內容3，記入表6－4。
表6－4
五、實驗總結
1、 將理論計算結果和實測資料相比較，分析產生誤差的原因。
從計算結果可知,實驗測得結果與理論值相比都偏大一點,原因是在分析模擬運算電路的輸出與輸入之間的關係時,為簡單計算,一般都將運放視為理想運放,但是,實際運放與理想運放的效能引數是有差異的,實際運放並不是理想的,存在是調溫度飄移誤差,以及閉環增益誤差在分析因此產生的運算誤差時,一般只考慮主要影響因素,則運算引數的非理想性引起運算誤差.再者就是測量時在操作過程中也會出現人為的測量不精確以及系統誤差,這些都會造成是測量值與理論之間的誤差的結果.
2、 分析討論實驗中出現的現象和問題。
在實驗中進行調零時電壓太大很難調,操作過程中會出現失調的現象.
實際運放並不是理想的, 存在失調、溫度漂移誤差, 以及閉環增益誤差。也即在輸入端無訊號輸入時, 輸出端仍輸出不為零的電壓。雖然可以試嚐通過運放的調零電路進行調節使輸出端電壓趨於零。
但整合運放調零電路是以改變差動輸入級的對稱性來實現調零的, 調零作用過大時, 差動輸入級的對稱性就會嚴重失配, 從而使整合運放的共模抑制效能變壞。而且在整合運放外接電路電阻阻值過大時, 失調電流的影響較嚴重, 用調零的方法來補償失調輸出, 勢必造成差動輸入級的嚴重失衡, 以至會大大降低整合運放抑制漂移的效能。另外, 整合運放的溫度漂移是無法通過調零電路來消除的。
因此在作運放應用電路設計時, 為提高運放的精度和工作穩定性, 應該在不考慮調零電路作用時, 要求輸出失調電壓盡可能的小, 或等價地要求輸入失調電壓盡可能小。
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