实训九 集成运放的线性应用内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路一、实训目的1.掌握集成运算放大器的使用方法。
2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。
3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。
二、实训测试原理 1. 反相放大电路电路如图（1）所示。
输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。
根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。
又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。
但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。
则有 f 1i i =,1i =1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1f R Ri U 。
运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。
图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器2. 同相放大电路电路如图（2）所示。
输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。
根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i1f0)1(U R R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。
三、实训仪器设备1.直流稳压电源2.万用表3.示波器四、实训器材1. 集成块μA741(HA17741)2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×23. 电位器1KΩ×1五、实训电路图（3）反相比例运算实训电路图（4）同相比例运算实训电路六、测试步骤及内容1. 反相比例运算实训1）按图（3）所示的电路正确连线，其中集成运放用的是μA741。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）两个2KΩ电阻和1KΩ的电位器R P组成简易信号源。
简易信号上加上正负电源。
调节R P可以改变A点对地电位的大小，没有做实训之前，先调R P使A点对地电压小一些。
4）将运放的输入端接到A点，调节R P，使Ui按表1中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
2. 同相比例运算实训1）按图（4）所示的电路正确连线。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）简易信号上加上下负电源。
同反相比例运算实训，在没有做实训之前，先调R P使A 点对地电压小一些。
4）将运放的输入端接到A点，调节R P，使Ui按表1中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
表1 反相、同相比例运算测试3．当输入信号为交流信号时，重复步骤1和2.并用示波器观察输入及输出之间的相位关系，表格自拟，在实验报告中做出。
七、注意事项1. 集成运放μA741，实际运用中的工作电压在±10V~±15V范围内，对应7脚接正电源，4脚接负电源，切不可接反，否则将损坏集成块。
2.在接线时，注意正负电源的连接，正负电源无论在什么情况下，均不允许对地短路，以免烧坏电源。
3.集成运放的输出6脚不能对地短路。
4.电路在改接时，要先关掉电源，改接完正确无误后才可接通电源。
5.实训中如出现任何异常情况，都要先切断电源，再视情况加以处理。
八、思考题结合理论计算结果与实际测量结果进行比较进行分析，若存在误差，分析误差产生的可能原因。
内容二 集成运放加、减法运算一、实训目的1. 进一步掌握集成运算放大器的使用方法。
2. 了解集成运放构成加、减法运算电路的工作原理。
3. 掌握集成运放加、减法运算电路的测试方法。
二、实训测试原理1.加法运算电路如图（1）所示。
输入信号从反相输入端加入，又称反相加法运算电路。
输入信号可以有多个，支路可对外扩展。
分析方法与反相放大器相似，利用虚短、虚断和虚地概念可得0U =-(i22f i11f U R RU R R +)，若取R 1=R 2=R f ,则 )(i2i10U U U +-=， 即可实现加法运算。
图（1） 加法运算电路 图（2） 减法运算电路2、减法运算电路电路如图（2）所示。
信号分别由同相端和反相端同时输入。
利用虚断和虚短的概念有i11f i23231f 10U R R U R R R R R R U -++=，若取R 1=R 2，R f =R 3，则 0U =i1i21f (U U R R-)， 即输出电压正比于两个输入信号电压之差。
当R 1=R f 时 i1i20U U U -= ，即可实现减法的运算。
三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表四、实训器材1. 集成块 μA741(HA17741)2. 电阻 10K Ω×2 100K Ω×2 2 K Ω×2 2 .4K Ω×2 4.7 K Ω×13. 电位器 1K Ω×2五、测试电路图(3) 反相加法器电路图(4) 减法器电路六、测试步骤及内容1. 反相加法运算实训1）按图（3）所示的反相加法电路正确连线。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）两个2KΩ、2 .4KΩ电阻、两1KΩ的电位器R P1和R P2组成两路简易信号源。
简易信号上加上下负电源。
调节R P1可以改变A点对地电位的大小，调节R P2可以改变B点对地电位的大小没有做实训之前，先使A、B点对地电压小一些。
4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节R P1、R P2，使输入信号按表1中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
5）根据理论，计算出表1中的理论结果。
填入表中。
表1 反相加法运算2. 减法运算实训1）按图（4）所示的减法电路正确连线。
2）注意集成电路电源的连接。
不能接错。
3）分别调节R P1、 R P2先使A、B两点对地电压小一些。
4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节R P1、R P2，使输入信号按表2中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表2中。
5）根据理论，计算出表2中的理论结果。
填入表中。
表2 减法运算七、注意事项1 . 集成运放μA741，实际运用中的工作电压在±10V~±15V范围内，对应7脚接正电源，4脚接负电源，切不可接反，否则将损坏集成块。
2 . 在接线时，注意正负电源的连接，正负电源无论在什么情况下，均不允许对地短路，以免烧坏电源。
3 . 集成运放的输出6脚不能对地短路。
4 . 电路在改接时，要先关掉电源，改接完正确无误后才可接通电源。
5 . 实训中如出现任何异常情况，都要先切断电源，再视情况加以处理。
八、思考题结合理论计算结果与实际测量结果进行比较进行分析，若存在误差，分析误差产生的可能原因。
内容三微积分运算一、实训目的1．熟悉集成运放的线性应用——微积分运算关系；2．掌握微积分运算的测试方法。
二、实训原理1．实训电路2．基本原理 1）积分运算电路图（1）所示为积分运算电路。
积分电路是控制和测量系统中的重要组成部分，它可以实现延时、定时以及产生各种波形。
其中R 为直流反馈电阻，用于稳定静态工作点，断开它运放将无法调零。
由于其取值较大，对电路交流工作影响较小，可以忽略不计。
利用虚短、虚断和虚地概念可知dt U CR dt i CU ⎰-=⎰-=i 1c 011 。
由此可见，输出电压U O 与输入电压U i的积分成正比，实现了积分的运算。
2）微分运算电路图（2）所示为微分运算电路。
它是将积分电路中的电阻与电容的位置互换。
在脉冲数字电路中，常用来实现波形变换。
根据虚短、虚断和虚地概念可知dtdU C R U if 0-=，由此可见，输出电压U O 与输入电压U i 的微分成正比，实现了微分的运算。
三、实训仪器设备 1．函数发生器 2．双路直流稳压电源 3．双踪示波器 4．万用表 四、实训器材1. 集成块 μA741(HA17741)2. 电阻 R 1=R 2= 100K Ω R=1M Ω R 3=R f =1 K Ω3. 电容 0.47μF ×1 0.01μF ×1五、测试步骤及内容1．积分运算关系的测定根据图（1）所示电路连线，取R1=R2= 100KΩ、R=1MΩ、C=0.47μF （τ=RC=47ms），给电路加上合适的直流电源。
调节函数发生器中的矩形波电压的频率为1KHz不变，幅值为1V（T=1/1000=1ms<<τ）,在电容两端的电压u C即为积分输出电压U O,将方波电压U i接到示波器的一个通道, U O接示波器的另一个通道，观察并描绘U i和U O的波形图，并读出其波形的幅值大小U ip-p=（），U op-p=（）。
2．微分运算关系的测定根据图（2）所示的电路正确连线，取R3=R f=1 KΩ、C=0.01μF（τ=RC=0.01ms），输入信号为矩形波电压信号，其频率同上（T=1/1000=1ms>>τ），在电阻R两端的电压u R即为积分输出电压U O,将方波电压U i接到示波器的一个通道, U O接示波器的另一个通道，观察并描绘U i和U O的波形图，并读出其波形的幅值大小U ip-p=（），U op-p=（）。