基础题1 双电源反相比例电路和加法电路
实验介绍
1. 掌握集成运放的性能及其使用方法
2. 学习双电源集成运放反相比例电路和加法电路的搭建和测试
图1 反相比例运算电路
图2 反相加法运算电路
实验结果
1. 将电路接成反向比例运算电路（RF=20kΩ，R1=10kΩ，Rꞌ=6.8kΩ），按照表1中输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。
表1 直流信号源作用于反向比例运算电路
VIDC(V) | ±0.2 | ±0.4 | ±0.6 | ±0.8 |
VODC(V) | ±0.4 | ±0.8 | ±1.2 | ±1.6 |
实验结果符合理论计算。
将输入电压改为1kHz正弦交流信号，按照表2中输入电压的要求，调整交流信号源，分别作用于电路输入端，用示波器测量并记录输出电压。
信号源为1kHz正弦信号源，振幅为5V，利用参数扫描分别输出VIrms(V)的交流电压，利用瞬态分析和参数扫描，输出波形如下：
表2 交流（1kHz）电压作用于反向比例运算电路
VIrms(V) | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 |
VOrms(V) | 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 |
2.反向加法运算电路
将电路接成反向加法运算电路（RF=20kΩ，R1=10kΩ，R2=10kΩ，Rꞌ=3.9kΩ），按照输入电压的要求，调整简易直流信号源，分别作用于电路输入端，用电压表测量并记录输出电压。
VI1＝0.2V，VI2＝－1V，VO＝ _1.6__V
输入电压分别为VI1＝0.2V，VI2＝－1V，利用瞬态分析，输出波形如下：
实验结果符合理论计算
基础题2 双电源积分电路和微分电路
实验介绍
1. 学习集成运放的使用方法
2. 学会搭建和调试由集成运放组成的积分和微分电路
1. 积分运算电路
将反相比例运算电路中的电阻RF用电容C取代，可得到反相积分运算电路，如图1所示。如果电容器两端的初始电压为零，输出电压与输入电压的关系为
图1 积分电路
2. 微分电路
将积分运算电路中的电阻R和电容C的位置互换，可得到微分运算电路，如图2所示。
输出电压与输入电压的关系为
图2 微分电路
实验结果
表1 方波作用于积分运算电路
VIp | VP-P（V） | T（ms） | |
vI | 0.5 | 1 | 1 |
vO | 1.2 | 2.4 | 1 |
输入电压为周期为1ms，峰峰值为1V,峰值电压为0.5mV的方波信号，利用瞬态分析，输出波形在0.1ms之后稳定，输入输出波形如下：
结果分析：输出电压的峰峰值为2.4V，于理论计算结果2.5V有一定差距，分析原因是由于积分运算电路内阻导致，此时放大器-端的实际电压为1.21V。
2. 微分运算电路
表2 方波作用于微分运算电路
VIp | VP-P（V） | T（ms） | |
vI | 0.25 | 0.5 | 1 |
vO | 9 | 18 | 1 |
输入电压为周期为1ms，峰峰值为0.5V,峰值电压为0.25mV的方波信号，利用瞬态分析，输入输出波形如下：
输出信号的峰值电压为8.99V,周期为1ms
基础题3 键控增益放大器
实验介绍
1.掌握由集成运放构成键控增益放大器的工作原理
2.学习键控增益放大器的调整和测试方法
键控增益放大器电原理图如1所示，其中，集成运放A1构成电压跟随器，保证电路具有固定的高输入电阻，集成运放A2构成键控增益反相放大器，其键控由三个开关A、B和C实现，比如，开关闭合为“0”，开关断开为“1”，这样，就有“000”~“111”8个状态，若设R1=R，R2=3R，R3=4R，R4=2R，R5=R，即可实现3~10倍，步进为1的8个放大倍数。
实验结果
使开关从“000”~“111”，观察输出波形，记录输入电压和输出电压及其波形，求出对应的电压放大倍数，并与理论值比较。
开关状态为000，输入电压为1V直流电压，输出电压-3V
开关状态为001，输入电压为1V直流电压，输出电压-4V
开关状态为010，输入电压为1V直流电压，输出电压-5V
开关状态为011，输入电压为1V直流电压，输出电压-6V
开关状态为100，输入电压为1V直流电压，输出电压-7V
开关状态为101，输入电压为1V直流电压，输出电压-8V
开关状态为110，输入电压为1V直流电压，输出电压-9V
开关状态为111，输入电压为1V直流电压，输出电压-10V
基础题6 单电源集成运放交流耦合放大器
实验介绍
1. 学习集成运放的单电源使用。
2. 了解交流耦合单电源集成运放放大器的特点。
3. 掌握交流耦合单电源集成运放放大器的测试方法。
单电源反相交流放大电路如图1所示．电路的电压增益为
图1 单电源供电的反相放大器
单电源同相交流放大电路如图2所示．电路的电压增益为
图2 单电源供电的同相放大器
实验结果
1. 按照图2，在LTspice界面上搭接电路（R=Rꞌ=100kΩ，R1=1kΩ，R2=10kΩ，C1=C3=100μF，C4=0.1μF，C2=1μF，RL=10kΩ）。
运放电压为30V，按照题目要求搭建的电路图如下：
2. 测试电源电压分压值和输出直流电压，并记录测试数据。
电源电压分压值为15V,输出电压为0V
3. 在放大器的输入端加入频率为1kHz，有效值约为20mV的正弦电压信号，用示波器观察输出波形。
输出波形的峰峰值约为440mV，频率为1kHz
4. 调节输入信号幅度，在放大器的输出波形基本不失真情况下(用示波器观察)，用示波器分别测量放大器的输入电压vi和输出电压vo，求出Av。
调节输入信号的幅度为1V，频率为1kHz,输出波形的峰峰值为21.9V，计算得到Av=10.95,通过理论计算得到：Av=11,实验结果基本符合理论计算结果
5. 改变输入信号频率f，测量不同f情况下的电压放大倍数。
利用参数扫描改变输入信号的频率，由下图可以看出在1kHz,10kHz，100kHz时候电压放大倍数基本不变。
更加详细的不同频率下的电压放大倍数可以根据幅频响应曲线明确看出
6. 观察电路的幅频特性曲线，确定电路的上限频率和下限频率。
基础题7 全波精密整流电路
实验介绍
1. 理解全波精密整流电路的工作原理
2. 学会使用运放搭建全波精密整流电路，并对电路进行测试
图1 半波精密整流电路
波精密整流电路是在上述半波精密整流电路的基础上，利用一个二输入反相加法器，使交流信号的正半周和负半周在负载上均有相同的输出电压，从而降低了输出波形的脉动成分，其电路如图2所示。
图2 全波精密整流电路
实验结果
1. 按照图2，在LTspice界面上插接电路（RP1=1kΩ，R=2kΩ，RP1=680Ω，二极管为1N4148，运放）。
2. 接通电源电压。
3. 在电路输入端接入峰值500mV，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形，并记录。
波形未有明显失真
4. 在电路输入端接入峰值100mV，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形，并记录。
波形未有明显失真
5. 在电路输入端接入峰值更小，频率1kHz的正弦信号，观测输出波形，并记录。
接入峰值为10mV的正弦信号
波形有明显失真
6. 找出电路输入电压的最小值。
使用参数扫描进行寻找输入最小电压，认为输入幅度为30mV时候整流波形产生明显失真。
基础题8 状态变量型有源滤波器
实验介绍
1. 了解状态变量型有源滤波器的电路原理
2. 学会利用集成运放搭建状态变量型有源滤波器
图1 状态变量型二阶有源滤波器的电路实现
可见，图1所示电路的三个不同输出端分别实现了高通、带通和低通。
UAF42集成电路就是利用这个原理实现的一种集成状态变量型有源滤波器，它可以接成同相或反相输入型．其内部框图如图2所示。
图2 UAF42的内部框图
图3是UAF42的一种典型的应用电路，四个集成运放的输出Vo1、Vo2、Vo3、Vo4 分别实现高通、带通、低通和带阻滤波功能。
图3 UAF42的一种典型应用电路
实验结果
1. 按照图3，在LTspice界面上搭建电路（R1=R2=R3=51kΩ，R4~R10=10kΩ，C1=C2=1000pF）。
2. 接通电源电压。
3. 测试四种滤波器的波特图，并记录频率特性曲线以及相关频率。
利用交流分析实现频率特性分析
四个集成运放的输出Vo1、Vo2、Vo3、Vo4 分别实现高通、带通、低通和带阻滤波功能。
Vo1 实现高通滤波功能，截止频率为2.6kHz
Vo2 实现带通滤波功能，上限截止频率为547.6kHz，下限截止频率为440.4Hz,相位呈递减
Vo3 实现低通滤波功能，截止频率为96.5kHz
Vo4 实现带阻滤波功能，下限截止频率为15.5kHz，上限截止频率为16.2kHz
基础题9 RC桥式正弦波振荡器
实验介绍
1. 掌握由集成运放构成正弦波振荡器的工作原理
2. 学习RC桥式正弦波振荡器的搭建、调整和测试方法
图1 桥式RC正弦波振荡器电原理图
实验结果
1. 按照图1，在LTspice界面上插接电路（R=R2=10kΩ，R1=6.8kΩ，RW=20 kΩ，C=0.01μF，D1，D2为1N4148，运放）。
2. 接通±5V电源。
3. 用示波器观察振荡波形。
将示波器接在振荡器的输出端，调节电位器Rw，以改变负反馈的大小，观察振荡输出波形的变化。当Rw调到某一位置时，振荡产生，并输出较好的正弦波。若继续调节Rw，输出波形将产生非线性失真。
4. 改变元件参数，然后用示波器测量输出波形
（1）保持R＝10kΩ，C＝0.01μF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。
仿真得到的输出正弦波频率为1.58kHz，幅度为3.8V
理论计算结果输出正弦波频率为1.59kHz,仿真结果和理论结果基本相符合
（2）保持R＝10kΩ，改变C＝1000pF，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。
仿真得到的输出正弦波频率为15.74kHz，幅度为3.9V
理论计算结果输出正弦波频率为15.91kHz,仿真结果和理论结果基本相符合
（3）保持C＝0.01μF，改变R＝1kΩ，用示波器观察并测量正弦波输出电压幅度和振荡频率。
仿真得到的输出正弦波频率为15.57kHz，幅度为3.9V
理论计算结果输出正弦波频率为15.91kHz,仿真结果和理论结果基本相符合
5. 记录以上测试结果，由此你能得出什么结论？
正弦信号发生器的频率控制可以通过改变电容或者改变电阻实现，两者实现效果基本相同。
基础题10 正弦波-余弦波发生器
实验介绍
1. 掌握由集成运放构成正弦余弦波发生器的工作原理
2.学习正弦余弦波振荡器的调整测试方法
设计一个输出正弦余弦信号的电路，要求 f = 1000Hz，二者的幅度相等。
设计方案：RC桥式正弦波振荡器 + 有源全通滤波器，如图1所示。
其中，RC桥式正弦波振荡器——输出正弦波，有源全通滤波器——产生±90°相移。
实验结果
1. 按照图1，在LTspice界面上插接电路。
2. 接通±5V电源。
3. 用示波器观察振荡波形。
将示波器接在RC桥式振荡器的输出端，调节电位器Rw，以改变负反馈的大小，观察振荡输出波形的变化。当Rw调到某一位置时，振荡产生，并输出较好的正弦波。若继续调节Rw，输出波形将产生非线性失真。
4. 用示波器同时观察电路的两个输出端波形，测试正弦余弦波形的频率和相位差，并记录。
两个输出信号频率相同，V_out1相位V_out2超前90°
5. 选择另一种全通滤波器，测量输出波形，分析其频率和相位差。
另一种全通滤波器仿真电路图如下
输出入信号波形如下
输出信号频率与上问一致，V_out1相位滞后V_out2 90°
基础题12 单电源矩形波发生器
实验介绍
1. 了解单电源矩形波发生器电路原理和结构
2. 学会单电源矩形波发生器电路的搭建及其参数测试
利用集成电压比较器（或者集成运放），构成单电源滞回比较器电路，结合RC充放电电路，即可得到单电源矩形波发生器，其电路及输出波形如图1所示。图中，集成电压比较器（或者运放）、电阻R1、R2、R3和上拉电阻RL组成单电源反向输入滞回比较器，R、C组成充放电电路。
输出高电平为+5V，低电平为0，振荡周期可近似表示为
图1 单电源矩形波发生器
实验结果
1. 按照图1，在LTspice界面上搭好单电源矩形波发生器电路。
2. 接入+5V电压
3. 用示波器观测输出波形，测量矩形波周期，并与理论值比较。
运放采用单电源供电，供电电压为5V，理论计算得到输出矩形波的周期是6.2ms
实际仿真的得到矩形波的周期为6.3ms
