实验八 集成运放基本运算电路
（设计性实验）
一、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. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验仪器与器件
1. 低频信号发生器 SG1026 1台 2. 双踪示波器 SS7802或COS5020BF 1台 3. 毫伏表 TH1911 1台 4. 万用表 VC9802A 1块
5. 集成运算放大器μA741×1（或LM324） 电阻器、电容器若干。
三、实验原理
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。
理想运算放大器特性
在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 Aud = ∞ 输入阻抗 ri = ∞ 输出阻抗 ro = 0 带宽 fBW = ∞ 失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压UO与输入电压之间满足关系式
UO＝Aud（U+－U－）
由于Aud =∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）由于ri = ∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB ＝ 0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路
1. 加法器是指输出信号为几个输入信号之和的放大器。用数学式子表示为：
y = x1+ x2+ ?? + xn
i1+ i2+ i3 +?? + in = if
26
Vi1Vi2Vi3V??????in= if RRRR于是有V0 = ?RfR (Vi1 +Vi2 +Vi3 +??+Vin)
如果各电阻的阻值不同，则可作为比例加法器，则有
RfRf?Rf?V0???Vi1?Vi2????Vin?
R2Rn?R1?2、减法器是指输出信号为两个输入信号之差的放大器。用数学关系表示时，可写为：y = x1
- x2
下图为减法器的基本结构图。 由于 VA = VB i2?Vi1?VAVA?V0??ifR1RfRfR1VB?Vi2
RfR1?Rf （已知R3 = Rf）
所以 V0??Vi1?Vi2?
3、积分器是指输出信号为输入信号积分后的结果，用数学关系表示为： y??xdt
0t右图是最基本的积分器的结构图。这里反馈网络的一个部分用电容来代替电阻，则有： Ii?IC
??
上式表示了输出信号是输入信号积分的结果。
4、微分器。微分是积分的反运算，微分器是指输出信号为输入信号微分运算的结果。用数学式子表示为：
27
y?dx dt右图示出微分器的基本原理图，利用“虚断”和和“虚短”的概念，可以建立以下关系式：
四、实验设计要求
要求根据实验原理设计反相加法运算电路、减法运算电路、积分运算电路，并设计数据记录表格。
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。
实验提示：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。
五、实验参考方案
1. 反相比例放大电路
表8-1 Ui V0（理论值） V0（测量值） 0.3 V 0.4 V 0.5 V 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 2. 反相加法运算电路
1) 按下图连接实验电路。
2) 调节信号源的输出。用交流毫伏表或示波器测量输入电压Vi及A、B点电压VA和VB，及
输出电压VO，数据记入表8－2。
28
表8-2 Ui UA UB V0（理论值） V0（测量值）
3. 减法运算电路
0.1 V 0.2 V 0.3 V 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 表8－3 Ui UA UB V0（理论值） V0（测量值） 0.5 V 1.0 V 1.5 V 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 毫伏表读数 示波器读数 六、思考题
为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？
LM324引脚功能
29
附录 示波器原理及使用
一、 示波器的基本结构
示波器的种类很多，但它们都包含下列基本组成部分，如附图1 所示。
附图1 示波器的基本结构框图
1、 主机
主机包括示波管及其所需的各种直流供电电路，在面板上的控制旋钮有：辉度、聚焦、水平移位、垂直移位等。 2、垂直通道
垂直通道主要用来控制电子束按被测信号的幅值大小在垂直方向上的偏移。
它包括Y轴衰减器，Y轴放大器和配用的高频探头。通常示波管的偏转灵敏度比较低，因此在一般情况下，被测信号往往需要通过Y轴放大器放大后加到垂直偏转板上， 才能在屏幕上显示出一定幅度的波形。 Y轴放大器的作用提高了示波管Y轴偏转灵敏度。为了保证Y轴放大不失真，加到Y轴放大器的信号不宜太大，但是实际的被测信号幅度往往在很大范围内变化，此Y轴放大器前还必须加一Y轴衰减器，以适应观察不同幅度的被测信号。示波器面板上设有“Y轴衰减器”（通常称“Y轴灵敏度选择”开关）和“Y轴增益微调”旋钮，分别调节Y 轴衰减器的衰减量和Y轴放大器的增益。
对Y轴放大器的要求是：增益大，频响好，输入阻抗高。
为了避免杂散信号的干扰，被测信号一般都通过同轴电缆或带有探头的同轴电缆加到示波器Y轴输入端。但必须注意，被测信号通过探头 幅值将衰减(或不衰减)，其衰减比为10∶1(或1∶1)。
3、水平通道
水平通道主要是控制电子束按时间值在水平方向上偏移。 主要由扫描发生器、水平放大器、触发电路组成。 3.1） 扫描发生器
扫描发生器又叫锯齿波发生器，用来产生频率调节范围宽的锯齿波，作为
X 轴偏转板的扫描电压。锯齿波的频率（或周期）调节是由“扫描速率选择”开关和“扫速微调”旋钮控制的。使用时，调节“扫速选择”开关和“扫速微调”旋钮，使其扫描周期为被测信号周期的整数倍，保证屏幕上显示稳定的波形。
3.2） 水平放大器
其作用与垂直放大器一样，将扫描发生器产生的锯齿波放大到X轴偏转板
30