实验十 集成运算电路
实 验 目 的
1、了解集成运算放大器的使用方法；
2、掌握运算放大器进行比例、加法、积分等基本运算功能。
概 述
本实验所选用集成块为LM324。特介绍如下：LM324含有四个独立的、高增益的、并有内部频率补偿的运算放大器。使用电源电压可达32V或±16V。
LM324用塑料封装、双列直插式。引线脚顺序确定：将引脚朝下，从缺口逆时针数起，依次为1、2、3……14脚。引脚排列与各引脚作用如图10-1。
图10-1 LM324外引线功能端排列
实 验 器 材
1、双踪示波器 一台
2、电子电路学习机 一台
3、函数信号发生器 （双路输出一台或单路输出两台）
4、交流毫伏表 一台
5、万用表 一只
6、直流信号源装置 一台
7、双路可调直流稳压电源 （0~30V） 一台
8、4.7KΩ电位器 二只
实 验 内 容
1、电源电压选为：UCC＝+12V，UEE＝-12V，搞清各脚的作用，连好实验电路后，检查无误，方可送±12V电源。
2、运算放大器特性曲线观察，按图10-2接线。
送入频率为100Hz，0.5V的正弦交流信号，观察传输特性。（输入、输出信号分别输入到示波器X、Y轴）
3、运算比例，按图10-3接线：
1）调RW1分别测量当Ui（直流信号）如表10-1中的数值时，测量输出电压的值，验证输出、输入是否成比例关系。
2）令输入信号为正弦交流信号（f＝500Hz），完成表10-2测量要求。
送入f＝500Hz正弦交流信号，在无失真的情况下分别测量当Ui为表10-2所示数值时输出电压，计算是否符合比例要求关系。
图10-2观察传输特性接线
表 10－1
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Ui（V） |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1.0 |
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Uo（V） |
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Uo/Ui＝Au |
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图10-3比例运算电路
表 10－2
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Ui（mv） |
100 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
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Uo（V） |
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4、加法运算实验电路如图10-4所示
1） 按表10-3所给输入正弦交流电压数值测输出电压uo大小（ui1或由电位器从ui2提取）
图10-4
表 10－3
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Ui2（V） |
0 |
0.5 |
0.6 |
0.8 |
1 |
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Ui1（V） |
0 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
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Uo（V） |
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2）所给输入信号如图10-5（a）、（b）所示，对应画出示波器显示输出波形。
图10-5
5、基本积分运算
在反相比例运算电路中用电容元件C代替反馈元件RF就构成了积分运算电路。利用积分电路可以实现延迟、移相等功能，可以作为显示器的扫描电路、数学模拟运算等。
如图10-6（a）所示反相积分电路，输入电压波形为图10-6（b）所示。
输出电压为：
当t=0时，uoO＝0
在0～0.01S内
当t＝0.01S时，uo1＝-5V
在0.01～0.02S内
（t＝0.02时，uo2＝0）
图10-6
基本积分实验电路为图10-7所示。
图10-7
图中RF是分流电阻，用于稳定直流增益，以避免直流失调电压在积分周期内积累导致运放饱和。一般取RF=10R1,输入信号频率f大于
时积分才有效，否则图10-7电路近似为比例运算电路。
实验要求
1）按图10-7连接电路，检查无误后，通电；
2） 在输入端输入信号频率f＝500Hz，Ui(p-p) ＝3V的正弦波电压、方波电压、三角波电压，用示波器测出输出幅度和波形，记录在表10-4中。
表10-4 积分电路记录表
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Ui(P-P) ＝3V |
波形 |
UO(P-P) （V） |
输入、输出波形 |
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正弦波 |
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方波 |
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三角波 |
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备注 |
显示的ui、uo波形在同一直角坐标系中分别用实线、虚线对应画下，其波形可画在表格外 |
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思 考 题
1、在做加法运算时，ui1、ui2 加到了反向输入端，加到同相输入端是否也可以？
2、图10-7电路什么情况下不能作为积分电路而只能近似为反相比例电路？
作 业
1、整理实验数据计算有关量，并与理论值进行比较，正确画出积分运算时各输入、输出信号对应电压波形，并与理论值比较。
2、写出图10-8中uo的表达式。
图10-8