低频电子线路实验室低频电子线路实验室实验原理实验原理 集成运放电路是一种集成运放电路是一种高放大倍数，高输入阻抗、高放大倍数，高输入阻抗、低输出阻抗低输出阻抗的直接耦合多级放大电路。的直接耦合多级放大电路。 外接深度电压负反馈后，集成运算放大器都工作外接深度电压负反馈后，集成运算放大器都工作在线性范围在线性范围, ,其输出电压其输出电压VoVo与输入电压与输入电压ViVi的运算关系的运算关系仅决定于外接反馈网络与输入端阻抗的连接方式，而仅决定于外接反馈网络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无关。与运算放大器本身无关。改变反馈网络与输入端外接改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能对阻抗的形式和参数，即能对UiUi进行各种数字运算。本进行各种数字运算。本实验只讨论实验只讨论比例、加法、减法、积分、微分比例、加法、减法、积分、微分这几种基这几种基本运算。本运算。 v 由于实际运算放大器的性能比较接近理由于实际运算放大器的性能比较接近理想运算放大器的性能，故在一般分析讨论想运算放大器的性能，故在一般分析讨论中，理想运算放大器工作在线性区的三条中，理想运算放大器工作在线性区的三条基本结论也是普遍适用的，即：基本结论也是普遍适用的，即：v(a) (a) AodAodv(b) (b) 运放两个输入端之间的差模输入电压运放两个输入端之间的差模输入电压为零：为零：V+ = V- V+ = V- （虚短）（虚短）v(c) (c) 运算放大器两个输入端的输入电流为运算放大器两个输入端的输入电流为零：零：I+ = I- = 0 I+ = I- = 0 （虚断）（虚断）模拟电路实验箱的用法模拟电路实验箱的用法v双电源的连接：双电源的连接：v电路元件的连接：电路元件的连接：v负反馈电阻的连接：负反馈电阻的连接：v电路的输入：电路的输入：v电路的输出：电路的输出：v负载电阻的选择：负载电阻的选择： 实验内容及步骤：实验内容及步骤： 1.首先将放大器调零首先将放大器调零; ; 按下图接线，接通电源后，调节调零电位器按下图接线，接通电源后，调节调零电位器R RP P，使输出，使输出Vo=0Vo=0（小于（小于10mV10mV），运放调零后，在后面的实验中均不用调零了。），运放调零后，在后面的实验中均不用调零了。 2.按试验电路图接线路按试验电路图接线路, ,注意以下几点注意以下几点: :实验原理电路及实验步骤实验原理电路及实验步骤图图6-1 反相比例运算电路反相比例运算电路1.1.反相比例运算：反相比例运算： (1)(1)原理原理: : 由于反相输入端为由于反相输入端为“虚虚地地”点，且有净输入电流点，且有净输入电流 IiIi=0=0，故故: : I Ii i = I = If f IiIfIi(2)(2)反相比例运算实验步骤：反相比例运算实验步骤： 1. 1. 对照实验电路图对照实验电路图6-16-1，按参数要求连接线路，经检查无，按参数要求连接线路，经检查无误后，打开电源进行实验。误后，打开电源进行实验。 2. 2.用数字式万用表分别测量输入和输出电压值，以上数值用数字式万用表分别测量输入和输出电压值，以上数值对应填入表对应填入表6-16-1。 3. 3.注意：实验中必须使注意：实验中必须使|Vi| 1v|Vi| 1v 。 因为该电路运算关系为：因为该电路运算关系为：v表表6-16-1：Vi(v)Vi(v)-0.8-0.8-0.4-0.4-0.2-0.20 0+0.2+0.2+0.4+0.4 +0.8+0.8Vo(v)Vo(v)V VO O理论值理论值2.2.反相加法运算电路：反相加法运算电路： (1)(1)原理原理: : 如图如图6-26-2所示。反相加法运算电路的函所示。反相加法运算电路的函数关系式为：数关系式为： 若取若取R1=R2=R3=RR1=R2=R3=R，则有，则有: : 运算中，调节某一路信号的输入电阻运算中，调节某一路信号的输入电阻时，不会影响其他输入电压与输出电压时，不会影响其他输入电压与输出电压的比例关系，因而调节方便。的比例关系，因而调节方便。图图6-2 反相加法运算原理图反相加法运算原理图 (2)(2)反相加法运算：反相加法运算：1. 1. 对照实验电路图对照实验电路图6-26-2，按参数要求连接线路，经检查，按参数要求连接线路，经检查无误后，打开电源进行实验。无误后，打开电源进行实验。2. 2. 先用数字式万用表测量输入电压先用数字式万用表测量输入电压V Vi1i1、V Vi2i2的值，然后的值，然后用短导线将用短导线将V Vi1i1、V Vi2i2连接到电路中，再用数字式万用表连接到电路中，再用数字式万用表测量输出电压测量输出电压V V0 0值，把以上数据对应填入表值，把以上数据对应填入表6-26-2。3. 3. 注意：实验中必须使注意：实验中必须使|V|Vi1i1+V+Vi2i2| 1v| 1v，（，（V Vi1i1、V Vi2i2可为可为不同的数值，不同的极性）则该电路运算关系为：不同的数值，不同的极性）则该电路运算关系为： V Vi1i1(v)(v)V Vi2i2(v)(v)Vo(v)Vo(v) V VO O理论理论值值表表6-26-23.3.减法运算电路：减法运算电路：(1)(1)原理原理: :如图如图6-36-3所示：所示：实际应用中，要求实际应用中，要求R1=R2,R3=RR1=R2,R3=Rf f，且须严格配，且须严格配对，这有利于提高放大器的对，这有利于提高放大器的共模抑制比及减小失调。共模抑制比及减小失调。运算关系为：运算关系为： 图图6-3 6-3 减法运算原理图减法运算原理图(2) (2) 减法运算实验步骤减法运算实验步骤: : 1. 1. 对照实验电路图对照实验电路图6-36-3，按参数要求连接线路，经检查，按参数要求连接线路，经检查无误后，打开电源进行实验。无误后，打开电源进行实验。 2. 2.先用数字式万用表测量输入电压先用数字式万用表测量输入电压V Vi1i1、V Vi2i2的值，然后用的值，然后用短导线将短导线将V Vi1i1、V Vi2i2连接到电路中，再用数字式万用表测量输连接到电路中，再用数字式万用表测量输出电压出电压V V0 0值，把以上数据对应填入表值，把以上数据对应填入表6-36-3。 3. 3.注意：实验中必须使注意：实验中必须使|V|Vi1i1 - V - Vi2i2| 1v| 1v，（，（V Vi1i1、V Vi2i2可为可为不同的数值，不同的极性）则该电路运算关系为：不同的数值，不同的极性）则该电路运算关系为：v表表6-36-3 V Vi1i1 V Vi2i2 Vo VoV VO O理论值理论值4.4.积分运算电路积分运算电路(1)(1)原理原理: :v如图如图6-46-4所示：所示：v积分运算电路的运算关系积分运算电路的运算关系式为：式为：v 设设 V VC(0) C(0) = O= O 图图6-46-4 积分运算电路积分运算电路0.1v(2)(2)积分运算实验步骤：积分运算实验步骤：v1.1.对照实验电路图对照实验电路图6-46-4，按参数要求连接线路，经检查无误后，按参数要求连接线路，经检查无误后，打开电源进行实验。打开电源进行实验。v2.2.注意：实验中必须使注意：实验中必须使|V|Vi i| 1v | 1v 。则该电路运算关系为：。则该电路运算关系为：v3.3.合上合上k k，其余连线不变，此时的，其余连线不变，此时的Vc(o)=0Vc(o)=0，以消除积分起始，以消除积分起始时刻前积分漂移所造成的影响。时刻前积分漂移所造成的影响。v4.4.调节调节RPRP，使，使Vi=0.1vVi=0.1v，准备好电路，然后断开，准备好电路，然后断开k k，用数字式，用数字式万用表测出相应的万用表测出相应的VoVo，填入表，填入表6-46-4。5.5.使图使图6-46-4中积分电容改为中积分电容改为0.10.1，断开，断开K K，V VI I分别输分别输入：频率为入：频率为200Hz200Hz，有效幅值为，有效幅值为2v2v的方波和正弦波信的方波和正弦波信号，用示波器分别观测输入和输出电压波形，号，用示波器分别观测输入和输出电压波形，注意注意V Vi i和和V V0 0的大小及相位关系，并记录波形。的大小及相位关系，并记录波形。t(t(秒秒) )0 05 510101520253035-Vo-VoV VO O理论值理论值表表6- 46.6.微分运算：微分运算：图图6-5 微分运算电路图微分运算电路图(1)(1)原理原理: :(2)(2)微分运算：微分运算：v1.1.对照实验电路图对照实验电路图6-56-5，按参数要求连接线路，经检，按参数要求连接线路，经检查无误后，打开电源进行实验。查无误后，打开电源进行实验。v 使图使图6-56-5中微分电容为中微分电容为0.10.1，分别输入：，分别输入： 频率为频率为200Hz200Hz，有效幅值为，有效幅值为2v2v的方波和正弦波信号，的方波和正弦波信号，分别观察分别观察V Vi i和和V V0 0的大小及相位关系，并记录波形的大小及相位关系，并记录波形。v2.2.注意：该电路运算关系为：注意：该电路运算关系为：