3.1.1 集成运算放大器电路简介
集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。
输入级
中
间
级
输
出
级
置
路
偏
电
3.1 集成运算放大器简介
集成电路的特点
3.1.2 集成运算放大器的符号、管脚
－
＋＋
反相
输入
端
u－
u＋同相
输入端信号传输方向
u i
输出端理想
o
u 实际运放开环
电压放大倍数
12345678
μA741C +10KΩ4KΩ
－UEG
U －
U +U 12345
67A ud +U CC
μA741的管脚和调零电路
3.1.3 集成运算放大器的主要参数
1、输入参数
⑴输入失调电压U
IO
/ dT
⑵输入失调电压温漂dU
IO
⑶输入偏置电流I
IB
⑷输入失调电流I
IO
/ dT
⑸输入失调电流温漂dI
IO
2、差模特性参数
⑴开环差模电压增益A
ud
⑵最大差模输入电压U
IDM
⑶差模输入电阻r
id
3、共模特性参数
⑴共模抑制比K
CMRR
⑵最大共模输入电压U
ICM
3.1.4 理想运算放大器及其分析依据
理想化的条件：
开环电压放大倍数A
UO
∞ ;
差模输入电阻r
id
开环输出电阻r
O
共模抑制比K
CMRR
∞ ;
0 ;∞ ;
运算放大器的电压传输特性i
－＋＋u o =f (u i ), 其中u i =u + –u –u o 0U OM
–U OM
U im –U im
实际运放0u o
U OM –U OM 理想运放
第三章
⑴对于理想运放相当于两输入端之间短路
u i i i r id =对于理想运放相当于两输入端之间断路
A u o u i ≈0,r id ,“虚短路”原则“虚断路”原则u u o =u i –u –=A u o ++i i u i u O –+u i u O
++–
⑵当u + > u -时，u 0=+u 0(sat)+i i r id u +当u + < u -时，u 0= -u 0(sat)i i ≈ 0
u +＝u -不一定相等！
A F
x o x i x d ...x f .无反馈
有反馈方框图
开环放大倍数反馈系数负反馈闭环放大倍数.x o .A f =—x i .反馈：将放大电路输出
信号的一部分或全部经
反馈网络引回输入端。第三章3.2 放大器电路中的负反馈
A F x o x i x d x f 3.2.2 负反馈对放大器性能的影响
1.提高放大倍数的稳定性设开环放大倍数的相对变化率为闭环放大倍数的相对变化率为A f =A 1+A F
，对A 求导得：dA f dA =11+A F －AF (1+AF )2=1(1+A F)2，dA f =dA (1+AF )
2dA f A f =dA /A =dA A .1(1+AF )21+A F 1+A F
dA f A f =dA A 1.1+A F
A F x o x i x d x f ±0.707A u
A uf
f
f L f H 2. 扩展通频带
A u A uf
A u 0.707A uf
L f f H f BW f BW BW f ≈(1+AF )BW
加入负反馈使放大器
的通频带展宽
0无负反馈
有负反馈
u f u i u i
u o 负反馈改善了波形失真
A
减小非线性失真
F
A u o u d
输入电阻
串联负反馈提高输入电阻
并联负反馈降低输入电阻
输出电阻
因为电压负反馈稳定输出电压，所以
电压负反馈降低输出电阻，
因为电流负反馈稳定输出电流，所以
电流负反馈增加输出电阻，
3.2.3 负反馈的类型及其判别
A u
i
u d
u
f R L R1
u o
i R2
F
2.电压并联负反馈ＡＦ
u o i d
i i i f L 在输入端,信号以电流出现,d =i – f
u i u o f R 2R 1
i f i i
反相输入电路
3.电流串联负反馈A F R L u i
u d
u f u o i o 在输出端，F 与A 相串联，u i i +U i 0Ｒ’u ＲＲF ＲL F d u f u 第三章
《电路与电子学基础》实验报告 实验名称集成运算放大器应用 班级2013211XXX 学号2013211XXX 姓名XXX
实验7.1 反相比例放大器 一、实验目的 1．测量反相比例运算放大器的电压增益，并比较测量值与计算值。 2．测定反响比例放大器输出与输入电压波形之间的相位差。 3．根据运放的输入失调电压计算直流输出失调电压，并比较测量值与计算值。 4．测定不同电平的输入信号对直流输出失调电压的影响。 二、实验器材 LM 741 运算放大器 1个 信号发生器 1台 示波器 1台 电阻：1kΩ 2个，10kΩ 1个，100kΩ 2个 三、实验步骤 1.在EWB平台上建立如图7-1所示的实验电路，仪器按图设置。 单击仿真开关运行动态分析，记录输入峰值电压 V和输出峰值电压 ip V，并记录直流输出失调电压of V及输出与输入正弦电压波形之间的op 相位差。
Vip=4.9791mV Vop=498.9686mV Vof=99.37mV 相位差π 2.根据步骤1的电压测量值，计算放大器的闭环电压增益Av。 Av=-100.2 3.根据电路元件值，计算反相比例运算放大器的闭环电压增益。 Av=-100 4.根据运放的输入失调电压 V和电压增益Av，计算反相比例运放 if 的直流输出失调电压 V。 of Vof=100mV 四、思考与分析 1．步骤3中电压增益的计算值与步骤1，2中的测量值比较，情况如何？ 计算值为-100，测量值为-100.2，基本相等，略有误差
2．输出与输入正弦电压波形之间的相位差怎样？ 相位差为π 3．步骤1中直流输出失调电压的测量值与步骤4中的计算值比较，情况如何？ 测量值为99.37mV,计算值为100mV,基本相等，略有误差 4．步骤1中峰值输出电压占直流输出失调电压的百分之几？ 500% 5．反馈电阻 R的变化对放大器的闭环电压增益有何影响？ f 在R1一定的条件下，Rf越大，闭环电压增益越大 实验7.2 加法电路 一、实验目的 1．学习运放加法电路的工作原理。 2．分析直流输入加法器。 3．分析交直流输入加法器。 4．分析交流输入加法器。 二、实验器材 LM741 运算放大器 1个直流电源 2个 0～2mA毫安表 4个万用表 1个 信号发生器 1台
集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案） 3.1 集成运算放大器认识与基本应用 在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317实现电路电压检测，并通过三极管开关电路实现电路的控制。首先来看下集成运算放大器的工作原理。 【项目任务】 测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。 R1 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 R1 15kΩR2 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 函数信号发生器函数信号发生器 (a)无反馈电阻(b)有反馈电阻 图3.1集成运算符放大器LM358测试电路(multisim) 【信息单】 集成运放的实物如图3.2 所示。 图3.2 集成运算放大 1.集成运放的组成及其符号 各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。
图3.3集成运算放大电路的结构组成 集成运放的图形和文字符号如图 3.4 所示。 图3.4 集成运放的图形和文字符号 其中“-”称为反相输入端，即当信号在该端进入时， 输出相位与输入相位相反； 而“+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。 2.集成运放的基本技术指标 集成运放的基本技术指标如下。 ⑴输入失调电压 U OS 实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。规定在室温(25℃)及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS ，U OS 越小越好，一般约为 0.5～5mV 。 ⑵开环差模电压放大倍数 A od 集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od 。它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB)表示，目前最高值可达 140dB(即开环电压放大倍数达 107 )。 ⑶共模抑制比 K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即od CMRR oc A K =A ，其含义与差动放大器中所定义的 K CMRR 相同，高质量的运放 K CMRR 可达160d B 。 ⑷差模输入电阻 r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运 放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od 、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻 r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能力越强。理想集成运放r o 趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS 、输入偏置电流 I B 、输入失调电压温漂 d UOS /d T 和输入失调电流温漂 d IOS /d T 、最大共模输入电压 U Icmax 、最大差模输入电压 U Idmax 等，可通过器件
实验报告 课程名称：电子电路设计与仿真 实验名称：集成运算放大器的运用 班级：计算机18-4班 姓名：祁金文 学号：5011214406
实验目的 1.通过实验，进一步理解集成运算放大器线性应用电路的特点。 2.掌握集成运算放大器基本线性应用电路的设计方法。 3.了解限幅放大器的转移特性以及转移特性曲线的绘制方法。 集成运算放大器放大电路概述 集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导 体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、 二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路 制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各 种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上， 故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟 信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情 况下，已经取代了分立元件放大电路。 反相比例放大电路 输入输出关系: i o V R R V 12-=i R o V R R V R R V 1 212)1(-+=
输入电阻:Ri=R1 反相比例运算电路 反相加法运算电路 反相比例放大电路仿真电路图
压输入输出波形图 同相比例放大电路 输入输出关系: i o V R R V )1(12+=R o V R R V R R V 1 2i 12)1(-+=
输入电阻:Ri=∞ 输出电阻:Ro=0 同相比例放大电路仿真电路图 电压输入输出波形图
差动放大电路电路图 差动放大电路仿真电路图 五：实验步骤： 1.反相比例运算电路 （1）设计一个反相放大器，Au=-5V，Rf=10KΩ，供电电压为±12V。
第8章集成运算放大器习题参考答案 一、填空题： 1. 理想运放同相输入端和反相输入端的“虚短”指的是同相输入端与反相输入端两点电位相等，在没有短接的情况下出现相当于短接时的现象。 2. 将放大器输出信号的全部或部分通过某种方式回送到输入端，这部分信号叫做反馈信号。使放大器净输入信号减小，放大倍数也减小的反馈，称为负反馈；使放大器净输入信号增加，放大倍数也增加的反馈，称为正反馈。放大电路中常用的负反馈类型有并联电压负反馈、串联电压负反馈、并联电流负反馈和串联电流负反馈。 3. 若要集成运放工作在线性区，则必须在电路中引入负反馈；若要集成运放工作在非线性区，则必须在电路中引入开环或者正反馈。集成运放工作在线性区的特点是输入电流等于零和输出电阻等于零；工作在非线性区的特点：一是输出电压只具有高电平、低电平两种稳定状态和净输入电流等于零；在运算放大器电路中，集成运放工作在线性区，电压比较器集成运放工作在非线性区。 4. 集成运放有两个输入端，称为同相输入端和反相输入端，相应有同相输入、反相输入和双端输入三种输入方式。 5. 放大电路为稳定静态工作点，应该引入直流负反馈；为提高电路的输入电阻，应该引入串联负反馈；为了稳定输出电压，应该引入电压负反馈。 6. 理想运算放大器工作在线性区时有两个重要特点：一是差模输入电压相同，称为“虚短”；二是输入电流为零，称为“虚断”。 二、判断题： 1. 放大电路一般采用的反馈形式为负反馈。（对） 5. 电压比较器的输出电压只有两种数值。（对） 6. 集成运放未接反馈电路时的电压放大倍数称为开环电压放大倍数。（对） 7. “虚短”就是两点并不真正短接，但具有相等的电位。（对） 8. “虚地”是指该点与接地点等电位。（对） 三、选择题：（每小题2分，共16分） 1. 理想运算放大器的开环放大倍数A U0为（A），输入电阻为（A），输出电阻为（B）。 A、∞； B、0； C、不定。 2. 集成运算放大器能处理（C）。 A、直流信号； B、交流信号； C、交流信号和直流信号。 3. 为使电路输入电阻高、输出电阻低，应引入（A）。 A、电压串联负反馈； B、电压并联负反馈； C、电流串联负反馈； D电流并联负反馈。 4. 在由运放组成的电路中，运放工作在非线性状态的电路是（D）。 A、反相放大器； B、差值放大器； C、有源滤波器； D、电压比较器。
第 4 章集成运算放大电路 一填空题 1、集成运放内部电路通常包括四个基本组成部分, 即、、 和。 2、为提高输入电阻，减小零点漂移，通用集成运放的输入级大多采用_________________ 电路；为了减小输出电阻，输出级大多采用_________________ 电路。 3、在差分放大电路发射极接入长尾电阻或恒流三极管后，它的差模放大倍数A ud将，而共模放大倍数A uc将，共模抑制比K CMR将。 4、差动放大电路的两个输入端的输入电压分别为U i1 8mV 和 U i2 10 mV ，则差模输入电压为，共模输入电压为。 5、差分放大电路中，常常利用有源负载代替发射极电阻R e，从而可以提高差分放大电 路的。 6、工作在线性区的理想运放，两个输入端的输入电流均为零，称为虚______；两个输入 端的电位相等称为虚_________；若集成运放在反相输入情况下，同相端接地，反相端又称 虚___________ ； 即使理想运放器在非线性工作区，虚_____ 结论也是成立的。 7、共模抑制比 K CMR等于 _________________之比，电路的 K CMR越大，表明电路 __________ 越强。 答案： 1、输入级、中间级、输出级、偏置电路；2、差分放大电路、互补对称电路；3、不变、减小、增大； 4、-18mV, 1mV；5、共模抑制比； 6、断、短、地、断；7、差模电压放大倍数与共模电压放大倍数, 抑制温漂的能力。 二选择题 1、集成运放电路采用直接耦合方式是因为_______。 A ．可获得很大的放大倍数 B . 可使温漂小 C. 集成工艺难以制造大容量电容 2、为增大电压放大倍数，集成运放中间级多采用_______。 A . 共射放大电路 B. 共集放大电路 C. 共基放大电路 3、输入失调电压 U IO是 _______。 A . 两个输入端电压之差 B. 输入端都为零时的输出电压
第四章集成运算放大电路 第一节学习要求 第二节集成运算放大器中的恒流源 第三节差分式放大电路 第四节集成电路运算放大器 第五节集成电路运算放大器的主要参数 第六节场效应管简介 第一节学习要求 1. 掌握基本镜象电流源、比例电流源、微电流源电路结构及基本特性。 2. 掌握差模信号、共模信号的定义与特点。 3. 掌握基本型和恒流源型差分放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉四种电路的连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。 4. 熟练分析差分放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。会计算A VD、R id、 R ic、 R od、 R oc、K CMR。 5．熟悉运放的主要技术指标及集成运算放大电路的一般电路结构。 学习重点：
掌握集成运放的基本电路的分析方法 学习难点： 集成运放内部电路的分析 集成电路简介 集成电路是在一小块 P型硅晶片衬底上，制成多个晶体管 ( 或FET)、电阻、电容，组合成具有特定功能的电路。 集成电路在结构上的特点： 1. 采用直接耦合方式。 2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象,采用了温度补偿的手段 ----输入级是差放电路。 3. 大量采用BJT或FET构成恒流源 ,代替大阻值R ,或用于设置静态电流。 4. 采用复合管接法以改进单管性能。 集成电路分为数字和模拟两大部分。 返回 第二节集成运算放大器中的恒流源 一、基本镜象电流源
电路如图6.1所示。T1,T2参数完全相同,即 β1=β2,I CEO1=I CEO2 ，从电路中可知V BE1=V BE2，I E1=I E2，I C1=I C2 当β>>2时, 式中I R=I REF称为基准电流，由上式可以看出，当R确定后，I R就确定，I C2也随之而定，我们把I C2看作是I R的镜像，所以称图6.1为镜像恒流源。 改进电路一：
集成运放放大电路实验报告 一实验目的： 用运算放大器等元件构成反相比例放大器，同相比例放大器，反相求和电路，同相求和电路，通过实验测试和分析 ，进一步掌握它们的主要特征和性能及输出电压与输入电压的函数关系。 二仪器设备： i SXJ-3B型模拟学习机 ii 数字万用表 iii 示波器 三实验内容： 每个比例求和运算电路实验，都应进行以下三项： （1）按电路图接好后，仔细检查，确保无误。 （2）调零：各输入端接地调节调零电位器，使输出电压为零（用万用表200mV档测量，输出电压绝对值不超过0.5mv）。 A. 反相比例放大器 实验电路如图所示
R1=10k Rf=100k R’=10k 输出电压：Vo=-(Rf/R1)V1 实验记录： 直流输入电压V1 0.1V 0.3V 1V 输出电 压 理论估算值 -1V - 3V -10 V
实测值 -0.978V -2.978V - 9.978V 误差 0.022V 0.022V 0.022V 将电路输入端接学习机上的直流信号源的OUTPUT ，调节换档开关置于合适位置，并调节电位器，使V1分别为表中所 列各值，（用万用表测量）分析输出电压值， 填在表内。实际测量V0的值填在表内。 B 同相比例放大器 R1=10k, Rf=100k R ＇=10k
输出电压：V0=（1+Rf/R1）V1 调零后，将电路输入端接学习机上的直流信号源的ＯＵＴＰＵＴ，调节换 挡开关置于合适位置，并调节电位器，使Ｕ１分 直流输入电压V1 0.1V 0.3V 1V 输出电压V0 理论估算 值 1.1V 3.3V 11V 实测值 1.121V 3.321V 11.020V 误差 0.021V 0.021V 0.020V
第4章集成运算放大电路 —一填空题 1、集成运放内部电路通常包括四个基本组成部分，即____________ 、 ______________ 、 ____________ 和___________________ 。 2、为提高输入电阻，减小零点漂移，通用集成运放的输入级大多采用_______________________ 电路；为了减小输出电阻，输出级大多采用 _____________________ 电路。 3、在差分放大电路发射极接入长尾电阻或恒流三极管后，它的差模放大倍数A ud将 ， 而共模放大倍数A uc将______ ，共模抑制比K CMR将_________ 。 4、差动放大电路的两个输入端的输入电压分别为“I8mV和U i2 10mV，则差模 输入电压为__________ ，共模输入电压为 ___________ 。 5、差分放大电路中，常常利用有源负载代替发射极电阻R e,从而可以提高差分放大电 路的______________________ 。 6、工作在线性区的理想运放，两个输入端的输入电流均为零，称为虚______ ;两个输入 端的电位相等称为虚__________ ;若集成运放在反相输入情况下，同相端接地，反相端又称 虚___________ ； 即使理想运放器在非线性工作区，虚 _______ 结论也是成立的。 7、共模抑制比K CMR等于 _________________ 之比，电路的K CMR越大，表明电路___________ 越强。 答案：1、输入级、中间级、输出级、偏置电路；2、差分放大电路、互补对称电路；3、不变、减小、增大；4、-18mV, 1mV ；5、共模抑制比；6、断、短、地、断；7、差模电压放大倍数与共模电压放大倍数，抑制温漂的能力。 二选择题 1、集成运放电路采用直接耦合方式是因为_________ 。 A ?可获得很大的放大倍数 B.可使温漂小C.集成工艺难以制造大容量电容
第六章集成电路运算放大器 本章内容简介 (一) 目标：集成元器件，构成特定功能的电子线路 (二) 侧重点不同：区别于单元电路，研究对象为高开环电压放大倍数的多级直接耦合 放大电路 (三)主要内容 ?组成集成运放的基本单元电路； ?典型集成运放电路以及集成运放的主要指标参数； ?几种专用型集成运放。 (四)学习目标 ?了解电流源的构成、恒流特性及其在放大电路中的作用。 ?正确理解直接耦合放大电路中零点漂移（简称零漂）产生的原因，以及有关指 标。 ?熟练掌握差模信号、共模信号、差模增益、共模增益和共模抑制比的基本概念。 ?熟练掌握差分放大电路的组成、工作原理以及抑制零点漂移的原理。 ?熟练掌握差分放大电路的静态工作点和动态指标的计算，以及输出输入相位关 系。 ?了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。（选讲内容） ?了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。（选讲内容） (五)参考资料说明 ?清华大学童诗白主编《模拟电子技术基础》有关章节 ?高文焕、刘润生编《电子线路基础》 ?王远编《模拟电子技术基础学习指导书》 ?陈大钦编《模拟电子技术基础问答、例题、试题》
6.1 集成运放中的电流源 主要内容: 本节主要定义了电流源电路并做了分类。 基本要求： 正确理解电流源的定义及种类。 教学要点： 1.镜象电流源 (1). 电路组成：镜象电流源是由三级管电流源演变而来的，如图1所示。 （2）电流估算 由于两管的V BE相同，所以它们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即T2的集电极电流为 当>>1时 当R和V CC确定后，基准电流I REF也就确定了，I C2也随之而定。由于Ic2≈I REF, 我们把I REF看作是I C2的镜象，所以这种电流源称为镜象电流源。 （3）提高镜象精度 在图1中，当不够大时，I C2与I REF就存在一定的差别。为了减小镜象差别，在电路中接入BJT T3，称为带缓冲级的镜象电流源。如下图所示。 该电路利用T3的电流放大作用，减小了I B对I REF的分流作用，从而提高了I C2与I REF镜象的精度。 原镜象电流源电路中，对I REF 的分流为2I B 带缓冲级的镜象电流源电路中，对I REF 的分流为2I B/β3, 比原来小。 2．微电流源 镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小I C2的
实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师： 成绩： 实验名称：集成运放组成的基本运算电路实验实验类型：同组学生：一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（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.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； 2.掌握集成运算放大电路的三种输入方式。 3.了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题； 4.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； 5.学会用集成运算放大器实现波形变换 二、实验容和原理 1.实现两个信号的反相加法运算 2.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 3.实现单一信号同相比例运算(选做) 4.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，测量闭环传输特性：Vo = f (Vs) 5.实现两个信号的减法(差分)运算 6.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 7.实现积分运算(选做) 8.设置输出初态电压等于零；输入接固定直流电压，断开K2，进入积分；用示波器观察输出变化(如何设轴,Y轴和触发方式) 9.波形转换—方波转换成三角波 10.设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C 11.在T p<<τ、T p ≈τ、T p>>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 三、主要仪器设备 1.集成运算电路实验板；通用运算放大器μA741、电阻电容等元器件； 2.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； 型可调式直流稳压稳流电源。
EDA（一）模拟部分电子线路仿真实验报告 实验名称：实验九集成运算放大电路（同 相及0.7倍放大电路） 姓名：倪庆敏 学号：140404239 班级：通信2班 实验时间：2016.12.3 南京理工大学紫金学院电光系
一、实验目的（四号+黑体） 1、掌握比例运算电路运算关系的估算方法及仿真分析方法。 2、掌握加减运算电路运算关系的估算方法及仿真分析方法。 3、掌握比例运算电路，加减运算电路的设计方法及调试方法。 4、掌握积分电路的工作原理及其基本性能特点。 5、掌握积分电路的运算关系的分析方法。 6、掌握积分电路的仿真分析方法。 二、实验原理 （格式同上）集成运算放大电路具有很多技术指标，在误差允许的范围内可以将其理想化处理，集成运放的理想参数为： （1）开环差模电压放大倍数Aud=无穷大。 （2）差模输入电阻Rid=无穷大。 （3）输出电阻R0=0. （4）共模抑制比很大。 （5）带宽足够宽。 （6）由以上特点可以得到理想集成运放的分析依据，利用分析依据可以很方便的得到集成运放的输入电压和输出电压之间的运算关系。 1）虚断 理想集成运放的输入电阻无穷大，而输入电压为一个有限值，则电路的输入电流i+和i-近似为0，此时两个输入端之间没有电流流过，称为虚断。 注意：电流指的是净输入电流。 不论运放是开环还是构成负反馈，都可以使用虚断。 2）虚短 虚短使用的条件是运放构成负反馈电路，由于理想集成运放差模电压放大倍数很大，而输出电压为有限值，故，U+=U-，即同相输入端的电位和反相输入端电位相等，称为虚短。 3）放大信号类型 运放带宽足够大，所以运放构成的电路既可以放大直流信号也可以放大交流信号。 4）电源 运放可由双电源供电，也可以由单电源供电。若运放由双电源供电，可放大交流信号与直流信号，此时电路中参考点电位为正，负电源的中间值，即公共接地端，静态时U+=U-=U0。若仅需放大交流信号，则运放可由单电源供电吃屎集成运放内部各点对地电位都将提高，将以VCC/2为参考点，因此即使输入信号为0，仍然有输出信号。因此为了使集成运放能够正常工作，必须调整运放电路的静态工作点，使U+=U-=U0=VCC/2，目的是电路能够获得最大的动态范围。为了使电路输出信号只有交流信号，需要使用电容隔断直流信号。
第4章 集成运算放大电路 习题 4.1根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。已知现有集成运放的类型是：①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高压型⑥大功率型⑦高精度型 (1)作低频放大器，应选用( ① )。 (2)作宽频带放大器，应选用( ③ )。 (3)作幅值为1μV 以下微弱信号的量测放大器，应选用( ⑦ )。 (4)作内阻为100k Ω。信号源的放大器，应选用( ② )。 (5)负载需5A 电流驱动的放大器，应选用( ⑥ )。 (6)要求输出电压幅值为±80V 的放大器，应选用( ⑤)。 (7)宇航仪器中所用的放大器，应选用( ④ )。 4. 2已知几个集成运放的参数如表P4.3所示，试分别说明它们各属于哪种类型的运放。 表P4.3 解：A 1为通用型运放，A 2为高精度型运放，A 3为高阻型运放，A 4为高速型运放。 4.3多路电流源电路如图P4.3所示,已知所有晶体管的特性均相同,U BE 均为0.7V 。试求I C1、I C2各为多少。 图P4.3 图P4.4 解：因为T l 、T 2、T 3的特性均相同，且U BE 均相同，所以它们的基极、集电极电流均相等，设集电极电流为I C 。先求出R 中电流，再求解I C1、I C2。 40 100CC BE BE R V U U I A R μ--= = 030331(1) C B R C B C C I I I I I I I βββ=+=+ =+++
223C R I I ββββ+=++ 当(1)3ββ+>>时，12100C C R I I I A μ=≈=。 4.4电路如图P4.4所示，T l 管的低频跨导为g m , T l 和T 2管d-s 间的动态电阻分别为r ds1和r ds2。试求解电压放大倍数/u O I A u u =??的表达式。 解：由于T 2和T 3 所组成的镜像电流源是以T l 为放大管的共射放大电路的有源负载，T l 和T 2管d -s 间的动态电阻分别为 r ds1和 r ds2，所以电压放大倍数 u A 的表达式为： 1212(//) (//)O D ds ds u m ds ds I I u i r r A g r r u u ??= ==-??。 4.5电路如图P4.5所示，T l 与T 2管特性相同，它们的低频跨导为g m ; T 3与T 4管特性对称；T 2与T 4管d-s 间的动态电阻分别为r ds2和r ds4。试求出电压放大倍数 12/()u O I I A u u u =??-的表达式。 图P4.5 图P4.6 解：在图示电路中： 1234D D D D i i i i ?=-?≈?=?；242112O D D D D D i i i i i i ?=?-?≈?-?=-? 121() 2 I I D m u u i g ?-?=? ；12()O m I I i g u u ?≈?- ∴电压放大倍数： 24241212(//) (//)()() O O ds ds u m ds ds I I I I u i r r A g r r u u u u ??= =-≈?-?- 4.6电路如图P4.6所示，具有理想的对称性。设各管β均相同。 (1)说明电路中各晶体管的作用； (2)若输入差模电压为12()I I u u -产生的差模电流为D i ? ，则电路
第4章自测题、习题解答 自测题4 一、选择 1.集成运放的输出级一般采用（）。 A. 共基极电路 B. 阻容耦合电路 C. 互补对称电路 2.集成运放的中间级主要是提供电压增益，所以多采用（）。 A. 共集电极电路 B. 共发射极电路 C. 共基极电路 3．集成运放的输入级采用差分电路，是因为（）。 A. 输入电阻高 B. 差模增益大 C. 温度漂移小 4．集成运放的制造工艺，使得相同类型的三极管的参数（）。 A 受温度影响小 B. 准确性高 C. 一致性好 5．集成运放中的偏置电路，一般是电流源电路，其主要作用是（）。 A. 电流放大 B. 恒流作用 C. 交流传输。 解：1、C 2、B 3、C 4、C 5、B 二、判断 1．运放的有源负载可以提高电路的输出电阻（）。 2．理想运放是其参数比较接近理想值（）。 3．运放的共模抑制比K CMR越高，承受共模电压的能力越强（）。 4．运放的输入失调电压是两输入端偏置电压之差（）。 5．运放的输入失调电流是两输入端偏置电流之差（）。 解：1、×2、×3、√4、√5、√ 三、选择 现有如下类型的集成运放，根据要求选择最合适的运放： ①．通用型②. 高阻型③. 低功耗型④. 高速型⑤. 高精度⑥. 大功率型⑦. 高压型。 1．作视频放大器应选用。 2．作内阻为500KΩ信号源的放大器应选用。 3．作卫星仪器中的放大器应选用。 4．作心电信号（？左右）的前置放大器应选用。 5．作低频放大器应选用。
作输出电流为4A 的放大器应选用 。 解：1、④ 2、② 3、③ 4、⑤ 5、① 6、⑥ 习题4 4．1通用型集成运算放大器一般由哪几个部分组成？每一部分常采用哪种基本电路？对每一基本电路又有何要求？ 解：通用型集成运算放大器一般由输入级、中间级、输出级组成。输入级采用差动放大电路，输入级要求尽量减小温度漂移。中间级采用共射放大电路，要求提供较高的电压放大倍数。输出级采用共集接法，互补对称电路，要求输出电阻要小。 4．2某一集成运算放大器的开环增益A od = 100dB ，差模输入电阻r i d = 5M Ω, 最大输出电压的峰─峰值为U OPP =±14V 。 (1) 分别计算差模输入电压（即u i = u + - u -）为5μV 、100μV 、1mV 、和-10V 、-1V 、-1mV 时的输出电压U O ； (2) 为保证工作在线性区, 试求最大允许的输入电流值。 解： （1）100520 10 10od A == 由o od i U A U = 故所求U o 分别为0.5V , 10V , 14V , -14V , -14V , -14V （2）最大允许的输入电压是max 514 14010 OPP i od U U V A μ= == 最大允许输入电流为max max 28i i id U I pA r = = 4．3图P 4－3是集成运放BG303偏置电路的示意图，已知±U CC =±15V ，外接偏置电阻R=1M Ω, 设三极管的β值均足够大, 试估算基准电流I REF 以及输入级放大管的电流I C1和I C2。
三墩职业技术学院实验报告 课程名称：电子电路设计实验 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：集成运算放大器应用电路研究 实验类型：设计 同组学生：__________ 一、实验目的 二、实验任务与要求 三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路……）四、主要仪器设备 五、实验步骤与过程 六、实验调试、实验数据记录 七、实验结果和分析处理 八、讨论、心得 一、实验目的 1、研究由集成运放构成的比例、加法、减法等基本运算电路的组成与功能，加深对集成运放线性应用电路结构和性能特点的理解，掌握其设计方法。 2、研究放大电路增益带宽积与单位增益带宽的关系。 3、了解运算放大器构成的基本运算电路在实际应用时的局限性和应考虑的问题。 二、实验任务与要求 总体要求： （1）实验电路的选择和外围元件参数的确定要有依据和计算过程。 （2）运放电源电压 ±（12~15）V 。 （3）原始数据记录要详尽。 1、反相放大器的设计研究 （1）设计一反相放大电路，要求10||,10=Ω=v i A k R 。 （2）安装该电路，加1kHz 正弦信号，研究输入、输出信号的幅度、相位关系。 2、设计并安装一个算术运算电路，要现：)5.0(21i i o V V V +-= 1i V 用直流、2i V 用正弦信号在合适的幅度和频率围，进行验证并记录波形及参数。
3、增益带宽积研究 在合适的幅度和1kHz的频率下，测出输出信号的峰峰值，然后逐渐加大频率，直至输出信号峰峰值变为原来的0.707倍，测下此时的电压。比较不同的反馈电阻（即不同增益）对上限截止频率的影响。 三、实验方案设计与实验参数计算 1、理论基础 （1）集成运放 高电压增益、高输入电阻、低输出电阻、直接耦合的多级放大集成电路。 在运放输出端与输入端之间接不同的反馈网络，可实现不同用途的电路：信号放大、信号运算、信号处理（滤波、调制）、波形产生和变换等。 在分析或设计集成运放构成的电路时，通常可认为运放是“理想的”： 输入阻抗Ri =∞开环差模电压增益Avd =∞ 输出阻抗Ro =0 共模抑制比CMRR =∞ 带宽BW =∞失调、温漂等均为零 （2）理想运放在线性应用时的两个重要特性 “虚短”：即运放的两个输入端的电位“无限”接近，就像短路一样，但不是真正的短路；“虚断”：即运放的两个输入端的偏置电流趋于0，就像断路一样，但不是真正的断路。（3）增益带宽 运放可工作在零频率（即直流），因此其带宽BW就等于其截止频率fH。增益越高，带宽越窄，增益带宽积Av·BW=常数。当电压增益等于1时，对应的带宽称为单位增益带宽。运放增益给定时，其最高工作频率受到增益带宽积的限制，应用时要特别注意。这一点对晶
第四章集成运算放大电路 第一节学习要求第二节集成运算放大器中的恒流源第三节差分式放大电路第四节集成电路运算放大器第五节集成电路运算放大器的主要参数第六节场效应管简介 第一节学习要求 1. 掌握基本镜象电流源、比例电流源、微电流源电路结构及基本特性。 2. 掌握差模信号、共模信号的定义与特点。 3. 掌握基本型和恒流源型差分放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉四种电路的连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。 4. 熟练分析差分放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。会计算A VD、R id、 R ic、 R od、 R oc、K CMR。 5．熟悉运放的主要技术指标及集成运算放大电路的一般电路结构。 学习重点： 掌握集成运放的基本电路的分析方法 学习难点： 集成运放内部电路的分析 集成电路简介 集成电路是在一小块 P型硅晶片衬底上，制成多个晶
体管 ( 或FET)、电阻、电容，组合成具有特定功能的电路。 集成电路在结构上的特点： 1. 采用直接耦合方式。 2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象,采用了温度补偿的手段 ----输入级是差放电路。 3. 大量采用BJT或FET构成恒流源 ,代替大阻值R ,或用于设置静态电流。 4. 采用复合管接法以改进单管性能。 集成电路分为数字和模拟两大部分。 返回 第二节集成运算放大器中的恒流源 一、基本镜象电流源 电路如图6.1所示。T1,T2参数完全相同,即 β1=β2,I CEO1=I CEO2 ，从电路中可知V BE1=V BE2，I E1=I E2， I C1=I C2
当β>>2时, 式中I R=I REF称为基准电流，由上式可以看出，当R确定后，I R就确定，I C2也随之而定，我们把I C2看作是I R的镜像，所以称图6.1为镜像恒流源。 改进电路一： 图6.2是带有缓冲级的基本镜象电流源,它是针对基本镜象电流源缺点进行的改进，两者不同之处在于增加了三极管 T3，其目的是减少三极管T1、T2的I B对I R的分流作用，提高镜象精度，减少β值不够大带来的影响。 改进电路二：
实验报告 姓名：学号： 日期：成绩： 课程名称模拟电子实验实验室名 称 模电实验室 实验 名称 集成运放电路 同组同学指导老师 一、实验目的 1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 开环电压增益A ud =∞ 输入阻抗r i =∞ 输出阻抗r o =0 带宽 f BW =∞ 失调与漂移均为零等。 理想运放在线性应用时的两个重要特性： （1）输出电压U O 与输入电压之间满足关系式 U O ＝A ud （U + －U － ） 由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U + －U － ≈0。即U + ≈U － ，称为“虚短”。
（2）由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图6－1所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1 // R F 。 图6－1 反相比例运算电路 图6－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图6－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图6－3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 // R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图6－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10K Ω， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 i 1 F O U R R U - =
第三章集成运算放大器 第一节直接耦合放大电路 一、填空题 1、阻容耦合多级放大电路不能有效地放大，因为对这种信号来说，耦合电容呈现很大的，放大电路不但能放大直流信号，也可以放大交流信号。 2、衡量一个放大电路的零漂，不仅要看漂移了多少，还要看放大电路的。 3、为保证多级直接耦合放大电路能正常工作，必须注意前后级间要有合理的配置，一般采取 或或来调节后级发射极电位，也可采用管和组成互补耦合放大电路。 4、对于多级直接耦合放大电路，一是要考虑问题，二是要考虑对放大电路性能的影响。 5、产生零漂的原因有、、，其中主要是。 6、对照图3－1填入元件的极性。a－b端分别对应二极管的和。 二、判断题（正确的在括号中打“√”，错误的打“×”） 1、直接耦合放大电路是把第一级的输出直接加到第二级的输入端进行放大的电路。 2、直接耦合放大器级数越多，零漂越小。 3、零漂是指输出端缓慢的不规则的电压变化。 4、零漂一般是折算到输出端来衡量的。 5、直接耦合放大电路能够放大缓慢变化的信号和直流信号，但不能放大漂移电压。 6、阻容耦合放大电路不存在零漂问题。 三、问答题 1、什么叫零点漂移？ 2、为什么说多级直接耦合放大电路中第一级的零漂影响最大？ 3、在直接耦合放大电路中为什么用二极管或稳压管代替后级发射极电阻，有什么作用？ 四、计算题 1、有一个两级直接耦合放大电路，每一级的电压放大倍数为Au＝30，温度的变化使每一级输出的电压漂移为0.1V，求经过两级放大后总的漂移电压为多少？（设第一级输入电压Ui＝0）
2、有甲、乙两个直接耦合放大器，甲放大器的输出漂移电压Uoc1＝5V，其放大倍数为Au1＝500；乙放大器的输出漂移电压Uoc2＝10V，Au2＝5000.它们折合到输入端等效漂移电压分别为多少？哪个放大器质量较好？ 第二节差动放大电路 一、填空题 1、差动放大电路的实质是能够克服的一种多级放大电路，它具有灵活的 方式，是一种常用的电路，也是组成输入电路的主要形式。 2、两个大小且相位的输入信号称为共模信号；两个大小且极性 的输入信号称为差模信号。 3、一个性能良好的差动放大电路，对信号应有很高的放大倍数，对信号应有足够的抑制能力。 4、为了克服零点漂移，常采用实用的差动放大电路和 差动放大电路。 5、不管信号是输入或输入，但只要输出，它的差模电压放大倍数是单管电压放大电路的放大倍数的一半，若为输出，它的差模电压放大倍数与单管基本放大电路的放大倍数相同。 6、差动放大电路的信号有输入、输入、输入等三种方式。 7、衡量差动放大电路性能优劣的主要指标是。 8、差动放大电路有、、 、。 二、判断题（正确的在括号中打“√”，错误的打“×”） （）1、基本差动放大电路，因电路参数对称，当温度变化时，使电路的输出电压仍为零，从而较好地抑制零漂，但也抑制了差模信号的放大。 （）2、两个大小不等而极性相反的输入信号称为差模信号。 （）3、只要有信号输入，差动放大电路就可以有效地放大输入信号。 （）4、自动控制系统中常采用共模输入方式。 （）5、共模抑制比越小，差动放大电路的性能越好。 （）6、差动放大电路对共模信号没有放大作用，放大的只是差模信号。 （）7、单端输入，依靠输入信号分压后取得差动信号。 （）8、单端输入，单端输出常用来将差模信号转换成为单端输出的信号。 （）9、单端输入，双端输出差动放大电路的放大倍数与双端输入、双端输出一样。 （）10、长尾式差动放大电路中加入辅动电源U EE是为了使三极管的动态范围变小。 （）11、具有恒流源的差动放大电路，会影响到差模信号的放大。 （）12、差动放大电路的共模放大倍数实际上为零。
实验--集成运算放大器的基本应用
实验集成运算放大器的基本应用（Ⅱ）——有源滤波器一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 （a）低通（b）高通 (c) 带通（d）带阻 图9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图9－1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC 有滤波器级联实现。 1、 低通滤波器（LPF ） 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图9－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。 图9－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。 (a)电路图 (b)频率特性 图9－2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A += 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1f O = 截止频率，它是二阶低通滤波 器通带与阻带的界限频率。 uP A 31Q -= 品质因数，它的大小影响低 通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。