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
2、同相比例运算电路（1）按图3（a）连接实验电路。实验步骤同实验内容1，输入频率f=100Hz、ui=0.5V的正弦交流信号，将测量结果记入表2中（2）将图3(a)中的Ri断开，得图3(b)电路，重复内容(1)AvUi/VUo/V实测值计算值3、反相加法运算电路按图2连接实验电路，接通土12V电源，输入信号采用直流信号，图6所示电路为简易直流信号源，由实验者利用分立元件模块，自行完成分压电路。图6上个电阻阻值为参考值，请考虑使用不同的电阻阻值是是否可以获得相同的uil、ui2.Rpl 1k1.5k1.5k+O+12V-12VO0Rp1 1k1.5k1.5kUndduil图6简易直流信号源实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放在线性区。用直流电压表（万用表直流档）测量输入电压uil、ui2，输出电压Uo.并记录入表3中。表 3Uil/vUi2 / VU. / V4、减法运算电路按图4连接实验电路并接通土12V电源。采用直流输入信号，实验步骤内容3，将测量结果记入表4中，Uii / vUi2/ VUo / V
2、同相比例运算电路 （1）按图 3（a）连接实验电路。实验步骤同实验内容 1，输入频率 f =100Hz、 ui =0.5V 的正弦交流信号，将测量结果记入表 2 中 （2）将图 3(a)中的 Ri 断开，得图 3(b)电路，重复内容(1) Ui/V Uo/V Av 实测值 计算值 3、反相加法运算电路 按图 2 连接实验电路，接通±12V 电源。 输入信号采用直流信号，图 6 所示电路为简易直流信号源，由实验者利用分 立元件模块，自行完成分压电路。图 6 上个电阻阻值为参考值，请考虑使用不同 的电阻阻值是是否可以获得相同的 ui1、ui2。 图 6 简易直流信号源 实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放在线性区。用直流电 压表（万用表直流档）测量输入电压 ui1、ui2，输出电压 Uo,并记录入表 3 中。 表 3 Ui1／V Ui2／V Uo／V 4、减法运算电路 按图 4 连接实验电路并接通±12V 电源。 采用直流输入信号，实验步骤内容 3，将测量结果记入表 4 中。 Ui1／V Ui2／V Uo／V 1.5k 1.5k Rp1 1 k 1.5k 1.5k Rp1 1 k -1 2V +12V Ui2 Ui1
5.积分运算电路将方波发生器的输出接至积分电路的输入，同时接到双踪示波器的YA输入端，将积分电路的输出uo接至示波器的YB，观察输出电压uo波形，记入表5。改变不同的积分时间常数RC的参数，再次测量记录波形。表5三角波发生器（积分电路）测试数据ui+uo五、实验总结（1）整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。（2）将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。（3）分析实验中出现的现象和问题
5.积分运算电路 将方波发生器的输出接至积分电路的输入，同时接到双踪示波器的 YA 输入 端，将积分电路的输出 uo 接至示波器的 YB，观察输出电压 uo 波形，记入表 5。 改变不同的积分时间常数 RC 的参数，再次测量记录波形。 表 5 三角波发生器（积分电路）测试数据 ui t 0 ui uo t 0 uo 五、实验总结 （1）整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。 （2）将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。 （3）分析实验中出现的现象和问题
实验过程与结果记录要求：如实记录实验过程和实验结果，数据表格、图像应有相应的文字说明
实验过程与结果记录： 要求：如实记录实验过程和实验结果，数据表格、图像应有相应的文字说明
实验结果分析及思考题：要求：对实验结果进行计算和分析，回答实验讲义或实验现场遇到的思考题
实验结果分析及思考题： 要求：对实验结果进行计算和分析，回答实验讲义或实验现场遇到的思考题
实验收获：要求：简要阐述实验的收获，或对实验提出自己的意见和建议指导教师批阅意见：（在相应栏目中打V）评预习情况实验过程报告撰写价总体掌握实验实验动手能力和实验结果实验结论及等评价原理和实态度记录及处团队协作能力思考题回答情况级验要求理情况好中差成绩评定：指导教师签字：年月日备注：注意事项：实验过程与结果记录、实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作、实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写，对实验结果进行适当的分析，并回答实验讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题
实验收获： 要求：简要阐述实验的收获，或对实验提出自己的意见和建议。 指导教师批阅意见：（在相应栏目中打 ） 评 价 等 级 预习情况 实验过程 报告撰写 总体 评价 掌握实验 原理和实 验要求 实验 态度 动手能力和 团队协作能力 实验结果 记录及处 理情况 实验结论及 思考题回答情况 好 中 差 成绩评定： 指导教师签字： 年 月 日 备注： 注意事项： 实验过程与结果记录、实验结果分析及思考题两项应实事求是按照实验过程的具体操作、 实验观察到的现象以及记录的数据或图像撰写，对实验结果进行适当的分析，并回答实验 讲义上的思考题和指导教师现场提出的思考题