实验报告集成运算放大器的应用

电工电子实验中心实验报告

姓名 王盼宝 班级 电气二班 学号 09S006119 台号 55 日期 节次 成绩 教师签字

实验二 集成运算放大器的应用

一、实验目的

1）掌握集成运算放大器的正确使用方法； 2）掌握常用单元电路的设计和调试方法；

3）掌握由单元电路组成简单电子系统的方法及调试技术。

二、实验仪器与设备

1）Agilent DSO5032A型数字示波器 2）Agilent 33220A型函数/任意信号发生器 3）Agilent U1252A型数字万用表 4）DF1731SB3AD三路直流稳压电源 5）EEL-69模拟/数字电子技术试验箱 6）“集成运算发大器应用”实验插板

7）μA741集成运算放大器，电位器，二极管，电阻，电容，导线

三、实验内容

1．设计加法电路 【要求】

设计一加法电路，满足关系式U03(2U1U2)。

1) 输入信号U1、U2都是频率1kHz的正弦信号，幅度分别为U1PP100mV，

U2PP200mV，观测输出是否满足要求。

2) 输入信号U1是频率为1kHz、幅度为U1PP100mV的交流正弦信号，U2是直流电压

(+0.5V)，观测输出是否满足设计要求。

【步骤】

1) 首先在Multisim软件环境中搭建如图1所示加法运算电路，由要求可知通过反相比例电路可以实现式子中的加法关系，XFG1,XFG2分别为峰峰值为100mV和200mV的正弦信号。

图1 使用运算放大器构成的加法电路

2） 通过Multisim仿真可得到图2所示的波形，黄色波形为运算器输出，其结果与要求一致。

图2 加法运算电路仿真输出波形

3) 在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图3所示实验波形，其结果与理论分析一致。

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图3 加法运算电路实验输出波形

4）将XFG2用0.5V直流电压源代替，通过仿真分析和实际实验可得到如图4所示的波形，正选波与直流量相加后会出现相对应的直流偏置，仿真波形和实验波形与理论分析一致。

图4 加法运算电路仿真输出波形

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2．设计减法电路 【要求】

设计一减法电路，满足关系式U03U1U2。

选择合适的幅度，使输出波形无失真，观测输出是否满足设计要求。 【步骤】

1) 首先在Multisim软件环境中搭建如图5所示减法运算电路， XFG1,XFG2分别为峰峰值为200mV和100mV的正弦信号。

图5使用运算放大器构成的减法电路

2) 通过Multisim仿真可得到图6所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为XFG2输出，即峰峰值为100mV的正弦信号，其结果与要求一致。

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图6 减法运算电路仿真输出波形

3) 在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图7所示实

验波形，其结果与理论分析一致。

图7 减法运算电路实验输出波形

3．设计反相积分器

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【要求】

设计一个反向积分器，积分时间常数为2ms。

选择合适的幅度，使输出波形无失真，观测输出是否满足设计要求。

1) 输入信号为方波，频率为1kHz，峰-峰值为UPP6V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。

2) 改变积分器的时间常数，使之增大或减小，观测输出信号的幅度的变化及失真情况，进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。 【步骤】

1) 首先在Multisim软件环境中搭建如图8所示积分运算电路， XFG1为峰峰值为6V，频率为1 kHz的方波信号。积分时间常数RC20k0.1F2ms。

图8 使用运算放大器构成的积分电路

2) 通过Multisim仿真可得到图9所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为XFG1输出，即频率为1kHz，峰-峰值为UPP6V的方波信号，其结果与要求一致。

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图9 积分运算电路仿真输出波形

3) 在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图10所示实验波形，其结果与理论分析一致。

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图10 积分运算电路实验输出波形

4) 通过改变电容和电阻的大小改变积分器的时间常数，可以观察到输出信号幅度发生改变

并出现失真，实验波形如图11所示。

图11 积分运算电路实验输出波形

4．设计反相微分器 【要求】

设计一个反相微分器，微分时间常数为1ms。

1) 输入信号为方波，频率为1kHz，峰-峰值为UPP2V，观测输出信号的幅度，与理论值相比较。若输出有震荡，对电路进行改进，直至震荡基本消除。

2) 改变输入信号的频率，使之增大或减小，观测输出信号幅度的变化及失真情况，进一步掌握当输入信号频率变化时微分器时间常数RC对输出的影响。 【步骤】

1) 首先在Multisim软件环境中搭建如图12所示微分运算电路， XFG1为峰峰值为2V，频率为1 kHz的方波信号。微分时间常数RC10k0.1F1ms。

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图12 使用运算放大器构成的微分电路

2) 通过Multisim仿真可得到图13所示的波形，黄色波形为运算器输出，绿色波形为XFG1输出，即频率为1kHz，峰-峰值为UPP2V的方波信号，可以观察到输出存在很大的震荡。

图13 存在震荡的微分运算电路仿真输出波形

3) 在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图14所示实验波形，也可以观测到波形中震荡的存在。

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图14 存在震荡的微分运算电路实验输出波形

4) 将上述电路进行改造，在R1两端加入一个电容，通过仿真和实验可以观察到，谐振明显消失，图15，图16和图17分别为去除震荡后的微分电路和仿真与实验波形。

图15 去除震荡后的微分电路

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图16 去除震荡后的微分运算电路仿真输出波形

图17 去除震荡后的微分运算电路实验输出波形

5) 通过上述波形可以发现，虽然震荡消除了，但是波形还存在很大的尖峰，图18是加入匹配电阻与稳压二极管的微分运算电路，通过仿真可以发现，此时的输出波形达到令人满意的效果，仿真波形如图19所示。

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图18 修正后的微分电路

图19 修正后的微分运算电路仿真输出波形

5．设计滞回比较器 【要求】

设计一滞回比较器，回差电压约为3V，用两个稳压管来稳定输出的电压。

在比较器的输入端加入频率为1kHz的三角波，注意三角波的幅度应大于所设计的阈值，观测示波器的测试结果，与理论值比较。

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【步骤】

1) 首先在Multisim软件环境中搭建如图20所示滞回比较电路，输出测使用串联稳压二极管稳定其输出。

图20 使用运算放大器构成的电压滞回比较器

2) 在实验室使用μA741集成运算放大器按照上述电路图搭建实际电路，得到如图21所示实验波形，可以发现实现了输入电压的滞回比较功能。

图21 滞回比较器实验输出波形

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四、思考题

1）实际应用中，积分器的误差与哪些因素有关？最主要的有哪几项？

答：实际应用积分电路时，由于运算放大器的输入失调电压、输入偏置电流和失调电流的影 响，会出现积分误差；此外，积分电容的漏电流也是产生积分误差的原因之一。

2）积分器输入方波信号，输出三角波信号的幅度大小受哪些因素制约？ 答：受积分时间常数和输入信号的频率制约。

3）滞回比较器输出电压的上升时间和下降时间与什么因素有关？如何减小？

答：与正反馈的强度有关，减小正反馈中的电阻可以减小上升时间和下降时间。

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