实验三 基本模拟运算电路的测试

1. 实验目的

(1) 研究由集成运算放大器741组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能；

(2) 学会上述电路的测试和分析方法。 2. 实验设备与器材

实验所用设备与器材见表3.1示。

表3.1 实验设备与器材

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

3. 实验电路与说明

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

实验台 双踪示波器 电子毫伏表 万 用 表 集成运算放大器 电阻 电容 连接导线 名称 型号与规格 SL-162 0～20M μA741 1台 1台 1只 1只 1片 若干 若干 若干 数量 备注 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。

基本运算电路

(1) 反相比例运算电路

电路如图2.1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为

U0??RfR1Ui

为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1 // Rf。 (2) 反相加法电路

电路如图2.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

UO??(RfRUi1?fUi2)R1R2

R3＝R1 // R2 // Rf

图3.1 反相比例运算电路 图3.2 反相加法运算电路

(3) 同相比例运算电路k?

图3.3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为

UO?(1?RfR1)Ui

R2＝R1 // Rf

当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图3.3(b)所示的电压跟随器。图中R2＝Rf，用以减小漂移和起保护作用。一般Rf取10kΩ，Rf太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图3.3 同相比例运算电路

（4）差动放大电路（减法器） 减法运算电路如图3.4所示。

图3.4 减法运算电路图 图3.5

积分运算电路

对于图2.4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝Rf时，有如下关系式

U0?RfR1(Ui2?Ui1)

(5) 积分运算电路

反相积分电路如图2.5所示。在理想化条件下，输出电压uO(t)等于

uO(t)??1tuidt+uC(0?)?0R1C

式中，uC(0+)是t＝0+时刻电容C两端的电压值，即初始值。 如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(0+)＝0，则

uO(t)??1R1C?toEdt?-EtR1C

即输出电压 uo(t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的Uo值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到

的最大值受集成运放最大输出范围的限值。 4. 实验内容与步骤

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。 （1）反相比例运算电路（必做）

① 按图3.1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。

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② 输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察uo(t)和ui(t)的相位关系，记入表3.2中

表3.2 Ui＝0.5V，f＝100Hz

Ui/V U0/V ui 波形 uo 波形 Au 实测计算 值

（2）同相比例运算电路（选作）

① 按图3.3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表3.3中。

② 将图3.3(a)中的R1断开，得图3.9(b)电路重复内容①。

表3.3 Ui＝0.5V f＝100Hz

Ui/V U0/V ui(t) 波形 uo(t) 波形 Au 值