实验名称集成运算放大器的基本应用
一.实验目的
1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。
2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。
3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。
二.实验元器件
集成运算放大器LM324 1片
电位器1kΩ1只
电阻100kΩ2只；10kΩ3只；5.1kΩ1只；9kΩ1只
电容0.01μf 1只
三、预习要求
1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。
2.写出上述四种运算电路的vi、vo关系表达式。
3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。
4.自拟实验数据表格。
四.实验原理及参考电路
本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。
1. 反向比例运算
反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11
0υυR R f -=
R f
v o
v 1
图1
其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。
由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。
在选择电路参数是应考虑：
○
1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1
R R A f
vf -
= 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。
若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。
○
2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的
不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。
本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。
2. 反向比例加法运算
反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，
11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压
⎪⎭⎫
⎝⎛+-=122111
v R R v R R v f f o
当R R R ==21时
()1211v v R
R v f
o +-
= 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。
f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。
同理，图中的21////R R R R f ='。
R f
v o
v 12
v 11
图2
3. 减法运算
减法运算电路如图3，当f R R R R ='=,21时，输出电压 )(11121
v v R R v f
o -=
在电阻值严格匹配情况下，本电路具有较高的共模抑制能力。
R f
v o
v 12
v 11
图3
v o
v 1
0.01uf
L
图4
4. 积分运算电路
如图4，当运算放大器开环电压增益足够大，且f R 开路时，可人认为c R i i =，其中
11R v i R =
dt
t dv C i o c )(-= 将C R i i ,代入，并设电容两端初始电压为零，则 dt t v C
R t v t
o ⎰-
=011)(1)(
当输入信号)(1t v 为幅度1V 的直流电压时， t t o V C
R dt V C R t v 110111
1)(-=-
=⎰ 此时输出电压)(t v o 的波形是随时间线性下降的，如图5。
当输入信号)(1t v 为正方波时，输出电压)(t v o 的稳态波形如图6所示。
V1
o Vo
图
5o
vo 图6
v1
o
实际电路中，通常在积分电容两端并联反馈电阻f R ，用于直流负反馈，其目的是减小集成运算放大器输出端的电流漂移，其阻值必须取得大些，否则电路将变成一阶低通滤波器。
同时f R 的加入将对电容C 产生分流作用，从而导致积分误差。
为克服误差，一般需满足
C R C R f 1>>。
C 太小，会加剧积分漂移，但C 增大，电容漏电流也会随之加大。
通常取
F C R R f μ1,101<>。
5. 集成运算放大器LM324
集成运算放大器LM324的内部电路结构和引脚排列如图7所示。
五．硬件实验内容
1.反相比例运算
○1设计并安装反向比例运算电路，要求输入阻抗Ω=k R i 10。
○2在该放大器输入端加入kHz f 1=的正弦电压，峰峰值500mv ，测量放大器的输出电压，电压增益。
2.反相比例加减法
○1输入1kHz 正弦波，峰峰值为500mv ，调节p R 产生
mv V pp i 5002< ○2测量输出电压V 电路如下图
R 110k
v o
R f
1k
加减法运算电路
3.反向比例积分电路
○1输入Hz
，峰峰值为1V的正方波（调节offset使其为正方波）
f500
○2用DC挡测试o
V,，画出其波形，标出其幅值和周期
i V
获得如下波形
六、实验结果及分析
1. 反相比例运算
结果：波形图
分析：可明显观察到ch1与chi2反相，且有放大，实验结果与理论结果相差较小，在误差允许范围之内。
2. 反相比例加减法。