集成运算放大器..docxVIP

重庆邮电大学实验报告实验课程： 电工电子（2）模电 实验名称： 集成运算放大器 实验时间： 第十三周 实验地点： S213 学 院： 自动化 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： （集成运算放大器的线性运用之运算电路）一、实验目的1．悉集成运算放大器的构成，掌握集成运算放大器的正确使用方法；2．深刻理解集成运算放大器“虚地”、“虚短”、“虚断”的基本概念；3．掌握由集成运算放大器组成的基本运算电路，并验证电路的运算功能；4．掌握由集成运算放大器组成的基本运算电路的设计方法。二、实验仪表及器材1．数字存储示波器；2．双路直流稳压电源；3．函数信号发生器；4．数字万用表。三、实验电路图如图1.3、图1.4、图1.5、图1.6、图1.7所示。四、知识准备1．熟悉集成运算放大器的相关理论知识；2．查阅相关资料，了解集成运放μA741的性能参数、管脚排列及使用要求；3．运用理论知识对实验电路所完成的运算功能进行理论设计及计算。五、实验原理(一) 集成运算放大器集成运算放大器（简称运放）是一种高增益的直接耦合放大器，具有体积小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便等特点。在众多的模拟集成电路中，它是最基本、用途最广泛的一种放大器件。以运放为核心的放大电路，可以在外部负反馈网络的配合下，构成诸如比例、加法、减法、积分、微分、对数等各种运算电路；也可以在开环或引入正反馈网络的配合下，构成诸如电压比较器等电路。前者使运放工作在线性区，后者使运放工作在非线性区。在分析由运放构成的电路时，通常都将运放的性能指标理想化，即将运放看成为理想运放。1．理想运放的性能指标(1) 开环差模电压增益：Aod=∞；(2) 差模输入电阻：rid=∞；(3) 差模输出电阻：rod=0；(4) 共模抑制比：KCMR=∞；(5) 上限截止频率：fH=∞；(6)输入失调电压UIO、失调电流IIO以及它们的温漂均为零且无任何内部噪声。当然，实际的集成运放的性能指标都为有限值，理想化后肯定会造成分析误差。但在一般的工程估算中，这些误差都是允许的，而这些误差会随着性能越来越接近理想的新型运放的出现而减小。因此，只有在进行误差分析时，才考虑实际运放的性能指标有限值所带来的影响。2．理想运放工作在线性区的特点(1) 理想运放的差模输入电压等于零，即运放的同相输入端与反相输入端的电压相等，如同将这两点短路一样。但这两点并非真正被短路，故称之为“虚短”；(2) 理想运放的差模输入电流等于零，即运放的同相输入端与反相输入端的电流都等于零，如同这两点被断开一样。但这两点又不是真正断路，故称之为“虚断”。“虚短”和“虚断”是分析运放工作在线性区的应用电路的两个基本出发点，是非常重要的概念。集成运放在线性工作区的重要应用就是组成模拟信号的运算电路。而在分析运算电路时，运用“虚短”和“虚断”这两个特点，就可以简化分析过程，直接得到结论。3．理想运放工作在非线性区的特点(1) 理想运放的输入电流等于零；(2) 理想运放的输出电压只有两种可能：①当uu时，uo=UoH；②当uu时，uo=UoL；电压比较器就是集成运算放大器在非线性工作区的应用电路。它是一种模拟信号处理电路，其作用是将输入端的模拟信号的电平进行比较，然后将结果反映在输出端。多数情况下，运放的一个输入端接固定不变的参考电压，另一个输入端接变化的电压信号。比较器只有两种输出状态：高电平或低电平。而分析这种电路时，其虚断的概念依然有用。(二)通用集成运算放大μA741集成运算放大器分为通用型和专用型。本次实验选用的是通用型集成运算放大器μA741；它是一种具有内部频率补偿、输出短路保护等特点的高性能集成运算放大器。其封装为八管脚双列直插。图1.1所示为其管脚排列图，图1.2所示为其电路符号图。图1.1μA741管脚排列图图1.2μA741电路符号图器图1.1中，1脚和5脚接偏置（调零端）；2脚和3脚构成差分输入对，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端；4脚接负电源，7脚接正电源，6脚为输出端，8脚为空脚。本实验为集成运算放大器μA741的线性应用。集成运算放大器在线性应用时，均构成深度负反馈工作状态。由于集成运算放大器参数接近理想值，所以输入输出关系由外部反馈网络决定。在深度负反馈工作状态下，在某些频率可能产生附加相移，使电路工作不稳定，因而需要考虑频率补偿问题。而当放大含有直流分量的信号时，为了补偿输入失调电压的影响，保证零输入时零输出，就必须考虑调零问题。(三)集成运算放大器的线性运用之运算电路1．反相比例运算电路图1.3反相比例运算电路(1) 结构形式图1.3所示电路为以集成运放μA741为核心组成的具有深度电压并联负反馈的反相比例运算电路。图1.3中，D