实验三 集成运放运算电路实验
1．实验目的
加深对运算放大器特性和运算电路的理解。 1）熟悉、掌握比例运算电路的原理和应用； 2）熟悉、掌握加法运算电路的原理和应用； 3）熟悉、掌握减法运算电路的原理和应用； 4）熟悉、掌握积分微分运算电路的原理和应用。 2．实验原理
集成运算放大器是一种直接耦合多级放大电路，它具有高增益、高输入电阻、低输出电阻、共模抑制比大的特点。当外加不同反馈网络时，可灵活实现输入输出信号间多种特性的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等运算电路；在非线性应用方面，可组成比较器等。
比例、加法、减法运算电路的原理图如图4.1.6所示。
图4.1.6 比例、加法、减法运算电路的原理图
1）图中开关B、C向下扳，开关A向上扳，电路为反相比例运算电路。 输出电压与输入电压的关系为： uo??RfR1Rfui1
2）开关A、B向下扳，开关C向上扳，电路为同相比例运算电路。 输出电压与输入电压的关系为：uo?(1?R1)ui3
3）开关A、B向上扳，开关C向下扳，电路为加法运算电路。 输出电压与输入电压的关系为：uo??(RfR1ui1?RfR2ui2)
4）开关A、C向上扳，开关B向下扳，电路为减法运算电路。 输出电压与输入电压的关系为：uo?(1?RfRfR4ui3?ui1
R1R3?R4R1)积分、微分运算电路的原理图如图4.1.7所示。
图4.1.7 积分、微分运算电路的原理图
5）图中开关A向上扳，电路为积分运算电路。 输出电压与输入电压的关系为： uo??1uidt ?RCfdui dt6）图中开关A向下扳，电路为微分运算电路。 输出电压与输入电压的关系为：uo??RfC3．实验器材
五端理想运算放大器1个； 电阻： 10kΩ1个；
可调电阻：100kΩ3个、20kΩ2个； 电容：5.1μF1个, 200nF1个； 开关：3个；
测试仪器仪表：交流电压源3台；信号发生器、示波器各1台；电压表1只。 4．实验内容及步骤
1）按图4.1.6所示原理图创建电路，图中电压表V属性中的Value/Mode应设置为AC，并将电路文件命名、存盘。
2）反相比例电路测试和分析：
开关B、C向下扳，开关A向上扳，电路参数如图，输出端电压表V显示的测量值Uo= V。若保持输入不变，要求输出电压的测量值为8V，应将电位器Rf的阻值调整为Rf = 。 3）同相比例电路的测试和分析
A、B向下扳，开关C向上扳，电路参数如图，用电压表V测量输出电压，Uo= V。若保持输入不变，要求输出电压的测量值为Uo=9V，则要求电位器Rf的数值应调整为Rf = 。
4）加法运算电路的测试和分析
A、B向上扳，开关C向下扳，电路参数如图，用电压表V测量输出电压，Uo= V。若要使输出电压uo= -ui1-ui2，电路参数应满足的条件为： 。
5）减法运算电路的测试和分析
开关A、C向上扳，开关B向下扳，电路参数如图，用电压表测量输出电压Uo= V。调整电路参数使之满足Rf?R4，R1?R3，则输出电压的表达式uo= V。若保持输入不变，此时输出端电压表V显示的测量值Uo= V。
6）按图4.1.7所示原理图创建电路，并将电路文件命名、存盘。 7）积分电路的测试和分析
函数信号发生器的信号设置为Ui=100mV、频率10Hz、占空比50%、偏移为0的矩形波，如图4.1.8中所示。电路参数如图4.1.7中所示，开关A向上扳，用示波器（示波器的通道A的输入设为100mV/Div，通道B的输入设为50mV/Div）观察输入和输出波形，并在图4.1.8中画出输出波形，示波器显示的输出电压uo的幅值为 。
uo，ui/mV ui
100
0 t -100
图4.1.8 待输出波形1
8）微分电路的测试和分析 电路参数如图4.1.7中所示，开关A向下扳，函数信号发生器的信号设置为幅值为100mV、频率10Hz、占空比50%、偏移为0的三角波，如图4.1.9中所示。用示波器（示波器的通道A的输入设为50mV/Div，通道B的输入设为20mV/Div）观察输出波形，并图4.1.9中画出输出波形。示波器显示的输出电压uo的幅值为 。
uo100，ui 0 -100 t
图4.1.9待输出波形2
5．实验报告要求
1）分析电路工作原理；
2）整理各项理论和实验数据，分析实验结果，得出结论，并画出相关的曲线图； 3）将实验数据与理论值比较，分析误差原因，提出改进意见； 4）回答思考题。 6．思考题
1）反相比例电路是否存在“虚地”？为什么？
2）在积分电路中，电路满足线性积分运算关系的条件是什么？