电工电子实验之运算放大器的非线性应用

主要授课内容：一、理想运算放大器概念 二、理想运算放大器特性 三、实验 运算放大器线性应用

实验目的

1、掌握集成运算放大器的非线性使用方法。 2、理解集成运算放大器的非线性应用的电 路原理。

运算放大器集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和 输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud 可以达到上千。 如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运 算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用 十分广泛。 为了分析方便，把实际运算放大器简化成 理想运算放大器。

一、理想运算放大器概念 1.开环差模电压增益Aud→∞; 2.差模输入电阻Rid→∞ 3.差模输出电阻Rod→0 4. KCMR→∞ 5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温 漂均为零； 6.输入偏置电流IIB=0

7. 3dB带宽BW=∞

运算放大器的两种基本反馈组态 1、运算放大器的开环传输特性uo UCC UCC - ud + Au uo 0 Au u d =U--U+ ∞

-UEE(a)

-UEE(b)

(a)运算符号；(b)开环传输特性

说 明 (1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的 信号输出为同相放大。 (2)“ ”表示反相输入端，表明从该端输入的 信号输出为反相放大。 (3) 集成运放是高增益的直接耦合放大器。 其开环放大倍数非常大。

二、理想运算放大器特性1.“虚短”特性 当运放工作在线性状态时，由于

所以： 2.“虚断”特性 当集成运放工作在线性状态时， 所以：

三、 运算放大器非线性应用电路(一).方波发生器

方波发生器

1、分析

(1)R、C作为积分电路,即:定时电路.(2)从电路结构看,它由一个迟滞比较器和RC充 放电电路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电 路,RC作为定时电路. (3)电路的正反馈系数F为:

强调:在低频范围(如10HZ ~ 10KHZ)内,对于固 定频率来说此电路是一较好的振荡电路.当振 荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以 选择转换速率较高的运放为宜. (4)电路的工作原理充电 放电

+ +

Uo=Vz+ UDoN

(5)电容器端电压随时间变化规律为

(6)R3的作用 R3为稳压管的限流电阻. ∵Dz=3V, 其额定功率为0.5W,使用它时,一般取 它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。 这样可算出其额定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA, 由手册上给出一般稳压管的IDzmax=10mA。因此， 0.05W/(10mA)2=500Ω =Rimin 。 如取IDz=8mA,则R=5V/8mA=0.625K,取R=620Ω 。

注:

讨论:① IDz大,则充电电流大,则 产生的C(结电容小),输出矩形波 的上升沿陡直.

② IDz小,则充电电流小,则产生的C(结电容大), 输出矩形波的上升沿较缓. ③ IDz的取值在3mA~10mA范围,都可使稳压管正常 工作.但由①和②的分析可知, IDz取得大一些, 即:R3小一些为好。

三、实际测量

(二).文氏桥正弦波

振荡器