实验报告
课程名称：电路与电子技术实验II 指导老师：沈连丰 成绩：__________________
实验名称：仪用运算放大器的应用实验 实验类型：________________同组学生姓名：__________
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1、了解仪表放大器与运算放大器的性能区别；
2、掌握仪表放大器的电路结构及设计方法；
3、掌握仪表放大器的测试方法；
4、学习仪表放大器在电子设计中的应用。
二、实验内容和原理
1、实验内容
（1）用通用运算放大器设计一个仪表放大器；
（2）用INA128精密低功耗仪器放大器设计一个仪表放大器。
2、仪用放大器的介绍
（1）仪表放大器是一种高增益放大器，其具有差分输入、单端输出、高输入阻抗及高共模抑制比等特点；
（2）仪表放大器采用运算放大器构成，但在性能上与运算放大器有很大的差异。标准运算放大器的闭环增益由反馈网络决定；而仪表放大器使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络，因此具有很高的共模抑制比KCMR，在有共模信号的情况下也能放大很微弱的差分信号。
（3）当前在数据采集、医疗仪器、信号处理等电子系统设计中普遍采用仪表放大器对弱信号进行高精度处理。
（4）常用的仪表放大器可采用由三个运算放大器构成，也可直接选用单片仪表放大器。单片仪表放大器具有高精度、低噪声、设计简单等特点以成为优选器件。
3、典型仪表放大器
典型的仪表放大器电路由两级差分放大器电路构成。其中，运放A1，A2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对电阻R3和R4，Rf和R5的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在的精度匹配要求，从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在R1 =R2，R3 =R4，Rf =R5的条件下，电路增益为： G=(1+2R1/Rg )(Rf /R3 )。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变Rg阻值实现。
4、典型仪表放大器的电路分析
5、通用运放构成仪表放大器的电路
仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第一类由单运算放大器(例如：集成四运放LM324)组合而成，设计出不同的仪表放大器电路，方案之一如下所示。
6、专用芯片构成仪表放大器的电路
仪表放大器电路的实现方法主要分为两大类：第二类由单片集成芯片(例如：INA128) 为核心，设计出不同的仪表放大器电路，INA128基本连接方案如下图所示。
7、专用芯片构成仪表放大器的电路
INA128 精密低功耗仪器放大器可提供输入共模电流路径如下图所示。
三、实验器材
双踪示波器、信号源、万用表、INA128 精密低功耗仪器放大器、LM358普通双运放。
四、操作方法和实验步骤
由单片集成仪用放大器芯片（实验用仪用放大器INA128 )设计一个仪表放大器。
1、零输入时零输出吗？( V— IN = V+ IN = 0V )
将仪表放大器的二个输入端V— IN、V+ IN均接0V（接地），用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量其直流电压（平均值、输出失调电压VOO）、有效值、峰峰值、频率。记录波形可用图片。（输出失调电压VOO +噪声( Noise ) ）。
测量 输入失调电压 VIO
2、最大共模输入电压VIc max
将仪表放大器的二个输入端V— IN、V+ IN并联后接直流电压+15V ~ -15V，用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量输入直流电压、输出直流电压。记录波形可用图片（直流+ 噪声）。
当 输出失调电压VOO 明显增大时，如增大了50%，记录此时的输入直流电压。
3、应用实验: 设计并制作一个基于压力传感器的测量放大器。
输入信号取自桥式测量电路的输出[(或采用力传感器（700g）] 。
桥式测量电路与仪用放大器之间有1米长的连接线[等长、双线平行或双绞线]。
噪声与干扰：手摸两根导线外皮、手摸单根导线外皮。用示波器监视输出电压波形，并用示波器测量 其直流电压（平均值）、有效值、峰峰值、频率。记录波形可用图片。
五、实验数据记录和处理
1、零输入时零输出吗？( V— IN = V+ IN = 0V )
2、最大共模输入电压VIc max
3、应用实验: 设计并制作一个基于压力传感器的测量放大器。
噪声与干扰：手摸两根导线外皮、手摸单根导线外皮。用示波器监视输出电压波形。
六、实验结果与分析
1、测量 输入失调电压 VIO
2、当输出失调电压VOO 明显增大时，输入直流电压也增大。
七、心得体会
通过本次实验，我了解仪表放大器与运算放大器的性能区别，掌握仪表放大器的电路结构及设计方法和仪表放大器的测试方法，学习了仪表放大器在电子设计中的应用，再次强化了数字双踪示波器等常用仪器的使用技巧，加深了对所学理论知识的感性认识，增强了自身的实验与综合分析能力，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础，受益匪浅。
2015.05.06
第二篇：运放实验报告
实验报告
课程名称： 电测量技术与模拟电路实验 指导老师： 成绩：__________________
实验名称： 集成运算放大器 实验类型： 验证和探究性实验
一、实验目的和要求
研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能；
掌握集成运算放大电路的三种输入方式。
了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题；
理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响；
学会用集成运算放大器实现波形变换
二、主要仪器设备
元器件：
集成运算电路实验板；通用运算放大器μA741、电阻电容等；
仪器：
MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表；HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 。
三、实验步骤与实验数据记录
1、实现两个信号的反相加法运算输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值
输入电压波形
输出电压波形
实验结果:
李萨如图形
波形
输出电压计算表达式为
可算得放大倍数为-20倍
实际倍数为-19.88倍 误差为0.59% 误差较小,主要由R实际值与理论值的误差造成
李萨如图形反应出输入输出特性，直线反映输入电压、输出电压为线性关系，放大倍数为一常数，斜率为负，说明放大倍数为负，与实际相符。
2、实现两个信号的减法(差分)运算输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值
仿真结果：
输入电压波形
输出特性波形
实验结果：
频率999HZ
由公式
得输出电压理论值为0，实际上放大倍数为0.03倍，接近于0。
输出电压不为0是因为电阻不完全对称造成的，因此输出电压与输入电压同相和反相都有可能。
3、波形转换—方波转换成三角波设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C。在Tp＜＜τ、Tp ≈τ 、Tp＞＞τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。
仿真结果：
电源参数： 波形（上面为输入波形，下面为输出波形）
电源参数： 波形（上面为输入波形，下面为输出波形）
电源参数： 波形（上面为输入波形，下面为输出波形）
实验结果：
τ=R2C=47ms
在Tp＜＜τ、Tp ≈τ 、Tp＞＞τ三种情况下
Tp＜＜τ，f=1000Hz
观察到电路在高频段发生自激振荡
Tp ≈τ
Tp＞＞τ
实验结果与分析：
1、三角波转化为方波：Tp＜=τ时，电容充电不久就开始放电，电容充电可看成是线性的。
2、方波高电平三角波处于下降区间，方波低电平三角波处于上升区间：
由计算得
，由公式可以看出二者近似于反相关系。
3、输入方波频率越小，输出波形幅值越大：充放电越完全
4、频率较大时发生自激振荡，负反馈过深，发生附加相移，导致负反馈变为正反馈。
五、思考题
1.运放闭环传输特性和开环传输特性有什么区别?
闭环输出对输入产生影响，可以引入负反馈，调节输入信号，从而抑制了放大电路内部的温漂、噪声等干扰。不加反馈的即为开环传输，没有自我调节能力。
2、闭环时，运放输入输出成线性关系，输出电压会无限增大吗？为什么？
不会的，输入电压在很小范围变化就可以使运放输出较高的电压值，但最高也只能是电源的电压值，不可能无限升高的。
3、实验中如何确定输入信号(正弦波、方波还是直流信号)？如何选择信号的幅度？
在前两个实验中直流信号和无法全面显示输入输出特性，第三个实验则自然要使用方波作为输入信号。信号幅度的选择需要保证运放电路工作在放大区，不能太大使得输出电压不会出现失真。输入电压与输出电压也不能太小，否则在示波器上无法显示稳定波形。
4、实验中有无出现自激振荡？若出现自激振荡，如何消除？
有 降低放大器的增益，如在最低的上限频率所在回路加补偿电容。
减小输出信号的相位滞后，这种补偿可以不损失通频带的宽度，但对电路参数苛刻，且较难调节。
5、在运算电路中为什么要接平衡电阻？其阻值如何确定？
电阻R'同样是为了消除偏置电流及其漂移的影响，故要求 R'= Rl//RF。