一、 实验目的
1. 理解集成运算放大器的基本性质、特点，掌握使用方法。
2．理解运算放大器的线性应用特点，掌握运放的实际运用设计过程及相关元件参数的分析计算方法。
3.能利用运算放大器组成电压、电流转换电路，并完成电路的连接、调试、测量。
二、实验任务
基本任务：
1.利用运算放大器设计电流/电压转换电路。该电路输入为4mA～20mA的电流信号，输出对应为±10V的电压信号，且满足输入4mA为输出满量程的0% 对应-10V；12mA为输出满量程的50% 对应0V；20mA为输出满量程对应+10V。 2. 在模拟实验箱中完成电流/电压转换电路的连接、调试，并测量、记录相关数据。
扩展任务：
1.利用运算放大器设计电压/电流转换电路，实现将±10V电压到0~4mA电流的转换自组网电台。
2. 在模拟实验箱中完成电压/电流转换电路的连接、调试，并测量、记录相关数据。
三、实验器材
1．直流稳压电源 GP-4303P
2．信号发生器 FG-7002C
3．台式数字万用表 DM-441B
4. 模拟电路实验箱TPE-2A
四、实验原理
在工业控制中，经常需要进行电压信号和电流信号的相互转换。这种转换一般根据实际需求有确定的输入电流（电压）的数值，电路则必须满足输出电压（电流）数值与输入数值的对应关系。例如，输入为4mA～20mA的电流信号，输出对应为±10V的电压信号，且满足输入4mA为输出满量程的0% 对应-10V；12mA为输出满量程的50% 对应0V；20mA为输出满量程对应+10V。图7.1所示电路能够实现此功能。即将4mA～20mA的电流信号转换为-10~+10V的电压信号输出。
图7.1电路中的Ii为待转换的4mA～20mA的电流信号，该电流在电阻R1上产生与之成正比的电压信号UR1，自运放A1的反相输入端输入。由于R3和R4中无电流通过，所以，运放A1的输入电压，输出电压。
运算放大器A2组成一反相比例求和电路，其一路输入是正比于待转换电流的uo1，一路输入是基准电压Uref。该电路的输出电压
根据设计要求，待转换电流Ii=12mA时，UO=0V。设Rf1=50k，则,
则，若此时UO=0V，由此，可以确定基准电压Uref =6V。
当待转换电流Ii=4mA时，要求UO=-10V。此时,保持Rf1和Uref不变，则，，，据此，可得Rf2=25k。
同上，当待转换电流Ii=20mA时，可得输出电压UO=10V。
五、实验预习
1. 简述图7.1所示电路的工作原理。写出输出电压与输入电流的关系式。
2. 通过分析计算确定电路中未知元件参数及参考电压Uref的数值。
3. 利用直流稳压电源，设计一个能产生4mA～20mA电流的电流源，画出电路实际接法（提示：利用稳压电源GP-4303P的任意一组可调直流电压源串接适当的电阻）。
4. 假设A1、A2的输出电压范围为-11V～+11V，通过分析说明如何选择Auf1msinfo、Auf2较为合理？为什么选择? 请给出相关分析及计算。
5. 根据实验箱版图，设计调试方法和步骤。列出测试数据记录表格。
六、实验内容及步骤
（一）基本任务
三基荧光粉 1. 连接并调试毫安信号源。
1）利用直流稳压电源GP-4303P的一组0~30V可调电压源，选择合适的电阻，按照图7.2所示电路进行连接。
2) 将其Limit旋钮逆时针调到头，调节直流稳压电源的电压调节旋钮，测量R1上的电压，若R1上的电压为1.2V，则此时对应电流源电流Ii=12mA。若R1上的电压为0.4V，则此时对应电流源电流Ii=4mA。
2. 连接调试用运算放大器A1组成的第一级反相比例运算电路
微电解水杯
1)按照预习设计的电流/电压转换电路和计算确定的电路参数，利用模拟实验箱中的器件，用运算放大器A1组成的第一级反相比例运算电路，如图7.3所示。
2）将毫安信号源接入电流/电压转换电路。
调整直流稳压电源的电压调节旋钮，测量R1上的电压，使 R1上的电压为1.2V，则此时对应电流源电流Ii=12mA。
3）调整RP1,用万用表测量A1输出端对地电压，使uo1=6V。
4）记录所有测量数据。
3. 连接调试用运算放大器A2组成的第二级反相求和运算电路
1) 按照预习设计的电流/电压转换电路和计算确定的电路参数，利用模拟实验箱中的器件，用运算放大器A2组成第二级反相求和运算电路，如图7.4所示。
2）基准电压Uref值的设定：调整实验箱中直流电压信号源，用万用表测量OUT1对地电压为6V，然后将OUT1连接到电路中的Uref端。（若直流电压信号源调不到6V，可选择实验箱中的5~18V直流电源）。
3）将第一级电路的输出端uo1接到R6的左端，调节Rp2使输出电压uo = 0V。
4）记录所有测量数据。
4. 艾叶提取物电流/电压转换器综合测试
1) 检查连接好的电流/电压转换电路如图7.1所示。
2）调节直流稳压电源输出电压旋钮，测量R1两端电压为0.4V，此时对应输入电流Ii=4mA。
3）测量第一级输出电压，并记录数值。
4）调整RP2, 使输出电压uo = -10V。
5）调节直流稳压电源输出电压旋钮，测量R1两端电压为2V，此时对应输入电流Ii=20mA。
6）测量第一级输出电压，并记录数值。
7）测量输出电压uo ，该数值应为10V。
8）调节直流稳压电源输出电压旋钮，使输入电流Ii为4 ~20mA中的任意数值，测量输出电压，观察输入输出的线性关系，并记录数据。
（二）扩展任务
cao551.利用运算放大器设计电压/电流转换电路，实现将±10V电压到0~4mA电流的转换。
2. 在模拟实验箱中完成电压/电流转换电路的连接、调试，并测量、记录相关数据。
七、注意事项
1. 输入信号（电流源）所用的电源，不能与电流/电压转换电路的供电共用一个电源，否则将影响实验结果的正确性。
2. R1可以用实验箱中100Ω的电位器代替。
3. 用万用表测量各电压时，注意将黑表笔接地。
八、实验报告要求
1. 画出设计电路，列出各元件参数。
2. 写出调试过程与调试数据。
3. 用表格列出输入输出转换数据对应关系，并分析转换性能。
4. 在方格纸上画出输入输出关系曲线（横轴：Ii，纵轴：uo）。
5. 总结本次实验情况，写出心得体会。包括实验中遇到的问题的处理方法和结果。
