《本科模拟电子技术实验》教案 (2)

表4.10 测量数据 基本放大器 US/mV US/mV 负反馈放大器 Ui/mV UL/V UO/V Au Ri/kΩ RO/kΩ Ui/mV UL/V UO/V Auf Rif/kΩ ROf/kΩ 5. 实验总结与分析

（1）用理论分析方法计算出基本放大器和负反馈放大器动态参数，填入表4.7中，再与测量值进行比较，并分析误差的原因。

（2）根据实验结果，总结电压串联负反馈对放大器性能的影响。 （3）回答以下问题：

① 怎样把负反馈放大器改接成基本放大器？为什么要把Rf并接在输入和输出端？ ② 如输入信号存在失真，能否用负反馈来改善？ （4）心得体会与其他。

4.5 基本运算电路的测试

1. 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) 学会上述电路的测试和分析方法。

2. 实验设备与器材

实验所用设备与器材见表4.12示。

表4.12 实验4.5的设备与器材 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

名称 直流稳压电源 双踪示波器 函数信号发生器 模拟电路实验箱 电子毫伏表 万 用 表 数字电压表 数字毫安表 集成运算放大器 电阻 电容 连接导线 型号与规格 双路0～30V 0～10M 低频 0～200V 0～200mA μA741 数量 1台 1台 1台 1台 1只 1只 1只 1只 1片 若干 若干 若干 备注 3. 实验电路与说明

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、对数等模拟运算电路。

基本运算电路

(1) 反相比例运算电路

电路如图4.7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

U0??

RfR1Ui

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。

(2) 反相加法电路

电路如图4.8所示，输出电压与输入电压之间的关系为

UO??(RfRUi1?fUi2)R1R2

R3＝R1 // R2 // Rf

图4.7 反相比例运算电路 图4.8 反相加法运算电路

(3) 同相比例运算电路k?

图4.9(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为

UO?(1?RfR1)Ui

R2＝R1 // Rf

当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图4.9(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10kΩ，Rf太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图4.9 同相比例运算电路

（4）动放大电路（减法器） 减法运算电路如图4.10所示。

图4.10 减法运算电路图 图4.11 积分运算电路

对于图4.10所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝Rf时，有如下关系式

U0?RfR1(Ui2?Ui1)

(5) 积分运算电路

反相积分电路如图4.11所示。在理想化条件下，输出电压uO(t)等于

uO(t)??

1tuidt+uC(0?)?0R1C

式中，uC(0+)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(0+)＝0，则

uO(t)??1EtEdt?-toR1C?R1C

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。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。

4. 实验内容与步骤

实验前要看清运放组件各管脚的位置；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。

（1）反相比例运算电路

① 按图4.7连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。 ② 输入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(t)和ui(t)的相位关系，记入表4.13中。

表4.13 Ui＝0.5V，f＝100Hz

Ui/V

（2）同相比例运算电路

① 按图4.9(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表4.14中。 ② 将图4.9(a)中的R1断开，得图4.9(b)电路重复内容①。

表4.14 Ui＝0.5V f＝100Hz

Ui/V U0/V （3） 反相加法运算电路

① 按图4.8连接实验电路。调零和消振。

② 输入信号

U0/V ui 波形 uo 波形 Au 实测值 计算值 ui(t) 波形 uo(t) 波形 实测值 Au 计算值 Ui1、

Ui2采用直流信号，图4.12所示电路为简易直流信号源，由实验

者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表4.15中。

图4.12 简易可调直流信号源

表4.15 反相加法器测量数据

Ui1/V Ui2/V UO/V

（4）减法运算电路

① 按图4.10连接实验电路。调零和消振。

② 采用直流输入信号，实验步骤同内容（3），记入表4.16中。 表4.16 减法器测量数据 Ui1/V Ui2/V UO/V

（5）积分运算电路

实验电路如图4.11所示。

① 打开S2，闭合S1，对运放输出进行调零。

② 调零完成后，再打开S1，闭合S2，使uC(o)＝0。

③ 预先调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开S2，然后用直流电压表测量输出电压UO，每隔5秒读一次UO，记入表4.17中，直到UO不继续明显增大为止。 表4.17 积分器测量数据 T/s U0/V 0 5 10 15 20 25 30 ??

5. 实验总结与分析

(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) 分析讨论实验中出现的现象和问题。 (4) 回答以下问题：

① 在反相加法器中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏？

② 在积分电路中，如R1＝100kΩ， C＝4.7μF，求时间常数。假设Ui＝0.5V，问要使输出电压UO达到5V，需多长时间（设uC(o)＝0）？

(5) 心得体会与其他。

4.8 RC正弦振荡器的设计与调试（设计性实验）

1. 实验目的

(1) 掌握RC正弦波振荡器的设计方法和调试方法。

学会安装调试由分立元件组成的多级电子电路系统。 学会振荡频率的测量方法。

2. 实验器材

实验所用设备与器材见表4.20。

表4.20 实验4.8的设备与器材 序号 名称 型号与规格 数量 备注

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