3.3 集成运算放大器的线性应用
一、实验目的
1．了解集成运算放大器的基本使用方法。
2．熟悉集成运算放大器的基本运算关系。
3．针对各种运算关系，设计电路，并对其进行测试和验证。
二、设计与仿真
1．首先应熟悉EWB软件，并会用EWB软件对集成运算放大电路进行设计与仿真。设计方法参见李忠波、袁宏等著《电子设计与仿真技术》第5.3节。
2．设计与仿真用3端或5端的运算放大器，将供电电源调节为±12V，如图3.3-1。
3．设计反向输入比例运算电路，如图3.3-2，并用电压表对结果进行仿真。其他的运算电路自行设计。
图3.3-1 在参数菜单中将正负电源电压值改为±12V
图3.3-2 反向输入比例运算电路的设计与仿真
三、实验原理
本实验采用的是LM324型模拟集成电路，它是TTL电路的一个典型产品，属于通用型集成运算放大器。它是在同一块半导体基片上制作了四个完全相同的运放单元。其外型和引脚参见李忠波主编《电子技术》第六章，在DMS综合实验箱上已对四个单元的输入、输出及正负电源做了明显标
a) b)
图3.3-3 反向输入运算电路
注。反向输入运算电路的实验原理图如图3.3-3所示；同相输入和差动输入运算电路的实验原理图如图3.3-4所示。
a) b) 图3.3-4 同相输入和差动输入运算电路
四、实验仪器设备
1． DMS 综合实验箱 2． 数字万用表
五、实验内容与步骤
1．接好12±V 电源和地，信号源的“地”要与12±V 电源“地”短接。
2．反向输入比例运算
按图3.3-3 a 接好电路，u i 在-1V ~ +1V 范围内（实验箱中自备）任意取值，测量输出电压u o ，把测出的电压值填入表3.3-1中，计算出闭环放大倍数A uf 并与理论值相比较。
表3.3-1 反向输入比例运算电路电压的测量值
u i u o A uf
实测 理论
3． 反向输入求和运算
按图3.3-3 b 接好电路，u i 1 和 u i 2 分别在-0.5V ~ +0.5V 范围内任意取值，测输出电压u o ，把测出的电压值填入表3.3-2中，计算出闭环放大倍数A uf 并与理论值相比较。
表3.3-2 反向输入求和运算电路电压的测量值
u i 1 u i 2 u i 1+u i 2 u o A uf
实测
理论
4．同向输入比例运算
按图3.3-4 a 接好电路，u i 在-1V ~ +1V 范围内任意取值，测量输出电压u o ，把测出的电压值填入表3.3-3中，计算出闭环放大倍数A uf 并与理论值相比较。
表3.3-3 同向输入比例运算电路电压的测量值
u i u o A uf
实测 理论
按图3.3-4 b 接好电路，u i 1 和 u i 2 分别在-0.5V ~ +0.5V 范围内任意取值，测输出电压u o ，把测
出的电压值填入表3.3-2中，计算出闭环放大倍数A uf 并与理论值相比较。
表3.3-4 差动输入比例运算电路电压的测量值
1．按电路图正确接线，经指导教师检查允许后，方可接通电源。当改接电路时，必须先断开电源。
2．输出端要严防短路；输入端加入电压时，要防止与正负电源短接。
七、试验预习要求
1．课前认真预习本试验的所有内容，清楚实验目的与实验原理。
2．复习集成运放的基本运算电路及运算关系，熟悉EWB软件对集成运算放大电路进行的设计与仿真。
3．写好预习报告，画出电路图和表格。
八、实验报告要求
1．记录实验所测得的数据，并进行计算。
2．算出各个运算电路的理论值，将实验所得到的结果与之比较，并做误差分析。
3．为什么输入信号电压值都在-1V ~ +1V以内？
实验4.6 运算放大器的线性应用 一、实验目的 1．进一步理解运算放大器线性应用电路的结构和特点。 2．掌握电子电路设计的步骤，学会先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的连接与测试方法。 3．掌握运算放大器线性应用电路的设计及测试方法。 二、实验仪器与器件 1.双路稳压电源1台 2.示波器1台 3. 数字万用表1台 4. 集成运算放大器μA741 2块 5. 定值电阻若干 6.电容若干 7.DC信号源3块 8.电位器2只 三、实验原理及要求 运算放大器是高放大倍数的直流放大器。当其成闭环状态时，其输入输出在一定范围内为线性关系，称之为运算放大器的线性应用。运放线性应用时选择合理的电路结构和外接器件，可构成各种信号运算电路和具有各种特定功能的应用电路。选择适当个数的运算放大器和阻容元件构成电路实现以下功能： 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）； 3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - (0.1ui+1000∫u idt）（C f=0.1μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现)； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现)； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz）。 四、实验电路图及实验数据 1. U o=Ui Ui（V）0.3 0 -0.3 计算Uo(V) 0.3 0 -0.3 测量Uo(V) 0.302 0.001 -0.301
2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）
3．U O = 5U i2-U i1 （R f=100k ）； Ui1(V) 0.3 0.3 -0.3 Ui2(V) -0.1 0.1 0.1 计算Uo(V) 1.4 1.6 -1.4 测量Uo(V) 1.407 1.608 -1.396 Ui1(V) 0.3 0.3 -0.3 Ui2(V) -0.1 0.1 0.1 计算Uo(V) 1.6 1.4 -1.6 测量Uo(V) 1.735 1.533 -1.703
、实验目的 1、掌握运放的线性工作区特点； 2、理解运放主要参数的意义； 3、掌握运放电路线性区分析测试方法； 4、掌握运算放大电路设计方法； 5、掌握半波整流电路分析设计方法； 二、实验仪器 1. 多功能函数发生器1 台 2. 数字示波器1 台 3. 数字万用表1 台 4. 模拟电子技术实验训练箱1 台 三、实验电路 反向电压放大器电路 电压跟随器电路
加法器电路积分器电路 半波整流器电路 四、工作原理 集成运放是高增益的直流放大器。若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络，则可以实现不同的电路功能。例如，施加线性负反馈，可以实现放大功能以及加、减、微分、积分等模拟运算功能，施加非线性负反馈，可以实现对数、乘、除等模拟运算功能以及非线性变换功能；施加线性或非线性反馈，或将正、负两反馈结合，可以实现产生
加法器电路积分器电路各种模拟信号
的功能。在使用集成运放时，要特别注意下列两个共性问题。首先，在输出信号中含有直流分量的应用场合下，必须考虑“调零”问题。第二，是相位补偿问题，不能让运算放大器产生自激现象，保证运放的稳定正常工作。此外, 为了见效 输入级偏置电流引起的误差，一般要求同相端和反相端到地直流电阻相等——保持输入端直流平衡。 五、实验内容与步骤 1、电压跟随器按图电路接线，输入信号由同相端引入，测取Vi ，Vo，探究 其关系。 2、反向电压放大器 按图电路接线，输入信号由反向端引入，测取Vi 、Vo，探究其有什么关系。
3、加法器 按如图电路接线。加入输入信号。然后分别给Vi1 、Vi2 两个电压值，并测Vi1 、Vi2 、Vo，分析其关系。 4、积分器 按电路接线输入方波信号，f=100-1000Hz ，用示波器观察Vo，并记录之。 5、半波整流电路 按图接线。输入信号为正弦波，f=100-1000Hz, 用示波器观察 Vo 的波形，并记录之
一、实验目的 1．进一步理解运算放大器线性应用电路的结构和特点。 2．掌握电子电路设计的步骤，学会先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的连接与测试方法。 3．掌握运算放大器线性应用电路的设计及测试方法。 二、实验仪器与器件 1.双路稳压电源1台 2.示波器 1台 3. 数字万用表1台 4. 集成运算放大器μA741 2块 5. 定值电阻若干 6.电容若干 信号源3块 8.电位器2只 三、实验原理及要求 运算放大器是高放大倍数的直流放大器。当其成闭环状态时，其输入输出在一定范围内为线性关系，称之为运算放大器的线性应用。运放线性应用时选择合理的电路结构和外接器件，可构成各种信号运算电路和具有各种特定功能的应用电路。选择适当个数的运算放大器和阻容元件构成电路实现以下功能： 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）； 3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - +1000∫u idt）（C f=μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现 )； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现 )； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz）。 四、实验电路图及实验数据 1. U o=Ui 2．U O= 5U i1+U i2（R f=100k）
3．U O= 5U i2-U i1（R f=100k）； 4．U O= - +1000∫u idt）（C f=μF）； 5．用运放构成一个输出电压连续可调的恒压源(要求用一个运放实现 )； 6．用运放构成一个恒流源(要求用一个运放实现 )； 7. 用运放构成一个RC正弦波振荡器（振荡频率为500Hz） 五. 分析实验数据和波形可知：电路仿真得到的结果要比实测结果更接近于理论计算值，可能原因有1. 实验室中的电子元件有误差 2. 一些电阻在实验室中没有，遂用阻值接近的电阻代替 六. 试验中遇到的故障：在实物搭建第二个电路的时候输入正确的电压值却得不到应得的输出电压，经检查发现第二个运算放大器未接15V的电源 七. 心得体会 在进行电子电路设计的时候，应首先用电子设计软件进行电路性能仿真和优化设计，再进行实际器件构成电路的链接与测试，以缩短设计时间，减少设计成本，并提高成功率。
第三节 集成运放的线性应用 一、集成运放的理想化条件 在分析集成运放组成的各种电路时，将实际的集成运放作为理想运放来处理，并分清其工作状态是十分重要的。 1．集成运算的理想化条件 理想的集成运放应满足以下各项性能指标： （1）开环差模电压放大倍数A od =∞； （2）输入电阻R id =∞； （3）输出电阻R o =0； （4）共模抑制比K CMR =∞； 尽管真正的理想运放并不存在，但由于实际集成运放的各项性能指标与理想运放非常接近，因此在实际操作中，往往都将实际运放理想化，以使分析过程简化。 理想运放的图形符号如图3-3-1所示。它有同相和反相两个输入端以及一个输出端。反相输入端标“－”，同相输入端和输出端标“+”，它们的对“地”电压（即电位）分别用u N 、u P 和u O 表示。“∞”表示开环电压放大倍数的理想化条件。 2．集成运放的传输特性 传输特性是表示集成运放输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，如图3-3-1中曲线1所示。图中，BC 段为线性区，输出电压u O 与差模输入电压正比，即 u o =A od (u P －u N ) （3-15） 一般集成运放的A od 值很大，即使输入毫伏级以下的电压，也足以使输出电压饱和，其饱和值+U o （sat ）和－U o （sat ）接近正、负电源电压值，如图3-3-1中的AB 和CD 段所示，称为非线性区（饱和区）。 集成运放的线性区很小， 曲线2为理想运放的传输特性，此时BC 段与u O 轴重合。实际应用中，为扩大线性区，集成运算放大电路大都接有深度负反馈电路。 运放在线性区的分析要领有两条： 1）同相输入端电位等于反相输入端电位。即u P =u N 。但同相输入端和反相输入端 并没有真正短路，因此称为“虚短”。 2）同相输入端和反相输入端电流为零。即i P =i N =0。但两个输入端并没有真正断开，
实训九 集成运放的线性应用 内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路 一、实训目的 1.掌握集成运算放大器的使用方法。 2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。 3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。 二、实训测试原理 1. 反相放大电路 电路如图（1）所示。输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。 根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。则有 f 1i i =,1i = 1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1 f R R i U 。 运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。 图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器 2. 同相放大电路 电路如图（2）所示。输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i 1f 0)1(U R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。
三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表 3.示波器 四、实训器材 1. 集成块μA741(HA17741) 2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2 3. 电位器1KΩ×1 五、实训电路 图（3）反相比例运算实训电路 图（4）同相比例运算实训电路 六、测试步骤及内容 1. 反相比例运算实训
集成运放的非线性失真分析及电路应用 0 引言运算放大器广泛应用在各种电路中，不仅可以实现加法和乘法等线性运算电路功能，而且还能构成限幅电路和函数发生电路等非线性电路，不同的连接方式就能实现不同的电路功能。集成运放将运算放大器和一些外围电路集成在一块硅片上，组合成了具有特定功能的电子电路。集成运放体积小，使用方便灵活，适合应用在移动通信和数码产品等便携设备中。线性特性是考查具有放大功能的集成运放和接收射频前端电路的一个重要参数，并且线性范围对集成运放的连接方式也有很大影响。集成运放的线性范围太小，就会造成输出信号产生多次谐波和较大的谐波功率，严重地影响整个电路的功能。基于集成运放的非线性分析，可以发现造成电路非线性失真的原因，并且在不改变电路设计的前提下，通过改变集成运放的连接方式，达到实现集成运放正常工作的目的。本文设计优化的集成运放电路应用于定位系统射频前端电路，完成对基带扫频信号的放大输出，能有效抑制了集成运放谐波的产生，实现射频接收前端电路的高增益，提高对后端电路设计部分的驱动能力。l 差分电路的接入方法和集成运放的非线性参数通用集成运放电路由：偏置电路、输入级、中间级和输出级等组成。其输入级部分由差分电路构成。差分电路有双端输入和单端输入两种信号输入方法；偏置电路可以采用单电源和双电源两种供电方式。在移动通信或便携设备中，一般采用单电源供电方式，单电源供电的集成运放要求输入信号采用单极性形式，即输入信号始终是正值或是负值，差分输入级可以用来保证输入中间级电路的信号极性，同时差分输入级放大电路可以有效抑制共模信号，增强集成运放的共模抑制比。但是，当共模输入信号较大时，差分对管就会进入非线性工作状态，放大器将失去共模抑制能力，严重影响到集成运放的共模抑制比。集成运放的非线性特性参数除了最大共模输入
第五章运放的线性应用讲义 发表时间：2008-6-2 运放的应用一般可分为两大类：线性应用和非线性应用。本章讨论的是运放的线性应用电路。分析基础是“虚短”和“虚断”概念。 第一节基本运算电路 一、比例运算电路 比例运算电路有反相输入、同相输入和差动输入三种基本形式。 1．反相比例运算电路 ·平衡电阻――使两个差分对管基极对地的电阻一致，故R2的阻值为 R2＝R1//R F 反相比例运算电路 ·虚地概念 运放的反相输入端电位约等于零，如同接地一样。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。 可求得反相比例运算放大电路的输出电压与输入电压的关系为 反相比例运算电路的输入电阻：由于反相输入端为“虚地”，显然电路的输入电阻为R i＝R1。 反相比例运算电路有如下几个特点： ①输出电压与输入电压反相，且与R F与R1的比值成正比，与运放内部各项参数无关。当R F＝R1时，u O＝－u I，称为反相器。 ②输入电阻R i＝R1，只决定于R1，一般情况下反相比例运算电路的输入电阻比较低。 ③由于同相输入端接地，反相输入端为“虚地”，因此反相比例运算电路没有共模输入信号，故对运放的共模抑制比要求相对比较低。 2．同相比例运算电路 利用“虚短”和“虚断”，可得输出电压与输入电压的关系为 同相比例运算电路有如下几个特点： ①输出电压与输入电压同相，且与R F与R1的比值成正比，电压放大倍数当R f＝∞或R1＝0时，则u O＝u I。这种电路的输出电压与输入电压幅度相等、相位相同，称为电压跟随器，又称为同相跟随器。
②同相比例运算电路的输入电阻很高。由于电路存在很深的负反馈实际的输入电阻要比R id高很多倍。 ③同相比例运算电路由于u＋＝u－而u＋＝u I，因此同相比例运算电路输入端本身加有共模输入电压u IC＝u I。故对运放的共模抑制比相对要求高。 无论是反相比例运算电路还是同相比例运算电路由于引入的是电压负反馈（详细分析见第七章），所以输出电阻R o很低。 3．差分比例运算电路 利用“虚短”和“虚断”，即i＋＝i－＝0、u＋＝u－，应用叠加定理可求得 当满足条件R1＝R2、R F＝R3时， 电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差分比例运算。 电路的差模输入电阻为R i＝2R1。 缺点：对元件的对称性要求较高，外接电阻要求精密匹配，即使选用误差为±0.1％的电阻，也往往不能满足要求。在要求改变运算关系时，又必须同时选配两对高精密电阻，非常不方便。输入电阻不够高。 4．比例电路应用实例 二、加法电路 加法电路的输出量是多个输入量相加，用运放实现加法运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入方式。 1．反相输入加法电路 利用“虚短”和“虚断”，即i＋＝i－＝0、u＋＝u－＝0可得 i1＋i2＋i3＝i F 由于同相端接地，故反相端为“虚地”。上式可写为 因此，输出电压u O与输入电压u I1、u I2、u I3之间的关系为
3.3 集成运算放大器的线性应用 一、实验目的 1．了解集成运算放大器的基本使用方法。 2．熟悉集成运算放大器的基本运算关系。 3．针对各种运算关系，设计电路,并对其进行测试和验证。 二、设计与仿真 １．首先应熟悉EWＢ软件,并会用EＷＢ软件对集成运算放大电路进行设计与仿真。设计方法参见李忠波、袁宏等著《电子设计与仿真技术》第5.3节。 2.设计与仿真用3端或5端的运算放大器，将供电电源调节为±1２V，如图3．3-１。 ３.设计反向输入比例运算电路，如图 3.3-2,并用电压表对结果进行仿真。其他的运算电路自行设计。 图3.3-1在参数菜单中将正负电源电压值改为±１２V 图3．3－2反向输入比例运算电路的设计与仿真 三、实验原理 本实验采用的是LM３24型模拟集成电路，它是ＴTL电路的一个典型产品,属于通用型集成运算放大器。它是在同一块半导体基片上制作了四个完全相同的运放单元。其外型和引脚参见李忠波主编《电子技术》第六章,在DMS综合实验箱上已对四个单元的输入、输出及正负电源做了明显标 a)b) 图3．3-3 反向输入运算电路
注。反向输入运算电路的实验原理图如图3．3-３所示；同相输入和差动输入运算电路的实验原理图如图3.3-4所示。 ａ) b ） 图３．３-４ 同相输入和差动输入运算电路 四、实验仪器设备 1． DM Ｓ综合实验箱 2． 数字万用表 五、实验内容与步骤 １．接好12±V 电源和地,信号源的“地”要与12±Ｖ电源“地”短接。 2.反向输入比例运算 按图３．３-3 ａ 接好电路,ｕｉ在-1V ~ +１V 范围内（实验箱中自备)任意取值，测量输出电压u ｏ ,把测出的电压值填入表３.３-1中，计算出闭环放大倍数A uf 并与理论值相比较。 表３．3－１ 反向输入比例运算电路电压的测量值 u ｉ u ｏ A ｕf 实测 理论 3． 反向输入求和运算 按图3.3-3 ｂ 接好电路,u i １ 和 ｕi ２ 分别在-０．5V ~ +0．5V 范围内任意取值，测输出电压ｕo ,把测出的电压值填入表3．3-2中,计算出闭环放大倍数A ｕf 并与理论值相比较。 表3.3-2 反向输入求和运算电路电压的测量值 u i 1 u ｉ 2 u i １+u i 2 u o Ａuf 实测 理论 ４.同向输入比例运算 按图3.３-4 a 接好电路，u ｉ在-1V ~ +1Ｖ范围内任意取值，测量输出电压u ｏ ,把测出的电压值填入表3.3-３中,计算出闭环放大倍数Ａu ｆ 并与理论值相比较。 表3.3-3 同向输入比例运算电路电压的测量值 u i ｕo A uf 实测 理论 按图3．3-4 b 接好电路，u ｉ1 和 ｕi 2 分别在－０.５V ～ +０.５V 范围内任意取值，测输出
实验三 集成运算放大器的线性应用 一. 实验目的 1. 了解用集成运算放大器组成的反相,同相,加法,减法等运算电路. 2. 掌握以上电路的调试方法. 二. 实验仪器及设备 1. 电子技术综合实训装置DZJ-21一台 2. 双踪示波器YB43401一台 3. 数字万用表DT-890B 一块 4. 交流毫伏表DF21731一台 5. 实验电路板一块 三. 实验原理概述 集成运算放大器(简称运放)是一种高增益的直接耦合放大器.集成运放的开环电压放大倍数很高,利用外接反馈网络比较容易实现深度负反馈,所以各种运算电路都是工作在运放的线性区,实现各种模拟运算—反相比例,同相比例,加法,减法,积分等运算电路. 1. 反相比例运算电路 图3-1是反相比例运算放大电路的原理图.信号有反相输入端输入,在理想情况 下,反相放大器的闭环增益为 A Vf =Uo =Rf 当R F =R 1时, A vf =-1 , U o =U i ,则放大器的输出电压与输入电压为反相跟随的关系. 2. 加法运算电路 图3-2反相求和电路原理图. u o =Rf R1 u 1+Rf R2 u 2 3. 简易可调直流信号源及集成运算放大器LM324管脚引线图 R f 图3-1 反相比例放大电路原理图 R f R 图3-2 反相求和电路
三. 实验内容及要求 1. 反相比例放大电路 设计反相比例放大电路.要求:电压放大倍数为10. (1) 参照图3-1和图3-4.搭接实验电路. (2) 从函数信号发生器发出正弦交流信号(频率:500HZ,幅值:20mV)作为输入信号,用交流毫伏表测出输出电压有效值;用双踪示波器观察输入输出波形,读出相位差.记录表3-1中. 表3-1 实验数据记录表 U i (mV) U o (mV) 输入信号波形输出信号波形Av 20.0 200 下图CH1 下图CH2 实测值 理论值 10 10 u 1 u 2 10K ? 10K ? 10K ?OUT 4 –IN 4 +IN 4 –V +IN 3 –IN 3 OUT 3 OUT 1 –IN 1 +IN 1 –V +IN 2 –IN 2 OUT 2 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 LM324 图3-3 直流信号源 图3-4 LM324引线脚图 R f =100k ? 图-35 反相比例放大电路图
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路实验 第 1 次实验 实验名称：运算放大器的基本应用 院（系）：吴健雄学院专业：电类强化班 姓名：学号： 610142 实验室:实验组别： 同组人员：实验时间：2016年4月10日 评定成绩：审阅教师： 一、实验目的 1.熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法； 2.熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法； 3.了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入 失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（大差模输入电压、大共模输入电压、大输出电流、大电源电压等）的基本概念； 4.熟练掌握运算放大电路的增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法；
5.掌握搭接放大器的方法及使用示波器测量输出波形。 二、预习思考 1.查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数 和极限参数，解释参数含义。
2.设计一个反相比例放大器，要求：|AV|=10，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。 其中分压电路由100k?的电位器提供，与之串联的510?电阻起限流的作用。 3.设计一个同相比例放大器，要求：|AV|=11，Ri>10K?，RF=100 k?，并用 multisim 仿真。
三、 实验内容 1. 基本要求 内容一： 反相输入比例运算电路各项参数测量实验（预习时，查阅 LM324 运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义）。 图 1.1 反相输入比例运算电路 LM324 管脚图 1) 图 1.1 中电源电压±15V ，R1=10k Ω，RF=100 k Ω，RL ＝100 k Ω，RP ＝10k//100k Ω。按图连接电路，输入直流信号 Ui 分别为－2V 、－0.5V 、0.5V 、2V ，用万用表测量对应不同 Ui 时的 Uo 值，列表计算 Au 并和理论值相比较。其中 Ui 通过电阻分压电路产生。 Ui/V Uo/V Au 测量值 理论值 -2 13.365 -6.6825 \
运算放大器的非线性应用 实验目的 1.掌握检查运算放大器工作在非线性区的分析方法。 2.学会运用运算放大器实现波形变换及波形产生。 实验仪器 1.双踪示波器X1 2.函数发生器X1 3.数字万用表X1 4.直流稳压电源X1 5.模拟实验箱X1 实验原理 1.在集成运放应用的电路中，运放的工作范围有两种：工作在线性区（指输入电压U0与输出电压Ud成正比时的输入电压范围）或工作在非线性区。 2.集成运放工作在非线性区的特点： Uo=UoH(UP>UN) Uo=UoL(UP (2)过零比较器 实验电路图： 实验步骤： 1.如图连接电路，在输入端接入(峰峰值)Ui=2V,f=1kHz的正弦信号。 2.用示波器分别观察输入Ui和输出Uo波形，绘制传输特性。 实验结果： (3)方波信号发生器 实验电路图： 操作步骤： 1.如上图所示连接电路。 2.用示波器观察输出Uo的波形，绘制波形。 3.用示波器测量输出Uo的频率，f= 4.用示波器观察输出Uo的幅值，Uo= 实验结果： 实验四 集成运算放大器的线性应用 请思考两个问题 一、集成运放的性能特点及使用 2.使用集成运放时需要注意的问题 ⑴调零 由于集成运放存在着失调量的影响，使得电路的输出误差较大， 严重时会使电路无法正常工作。调零是为了消除失调误差，确保集 成运放直流闭环工作后，输入为零时输出也为零；集成运放用于交 流电路时，调零可以消除失调量对动态范围的影响。 ⑵相位补偿 集成运放是由多级放大器组成，存在若干分布参数，若将其构成 深度负反馈，可能会在某些频率上附加相移达到180°，以至产生自 激振荡，使电路无法正常工作。所以，必须在运放的规定引脚端引 进相位补偿网络，以抵消分布参数的影响。但有些集成运放在其内 部电路中已经进行了相位补偿处理，使用时无需再外接补偿电路。 实验四集成运算放大器 的基本应用 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】 实验四 集成运算放大器的基本应用 ――― 模拟运算电路 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。 1.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。 2.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。 3.基本运算电路 （1) 反相比例运算电路 电路如图7－1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 。 （2) 反相加法电路 电路如图7－2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 i 1 F O U R R U -= 集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换）一选择题： 1、欲将方波电压转换为三角波电压，应选用（A ）电路。 A.积分运算B、乘方运算C．同相比例运算 D.反相比例运算电路 2、在RC桥式正弦波振荡电路中，当满足相位起振条件时，则其中电压放大电路的放大倍数必须满足（ D ）才能起振。 A A u= 1 B A u= 3 C A u＜3 D A u＞3 3、振荡电路的幅度特性和反馈特性如图1所示，通常振荡幅度应稳定在（ C ）。 A.O 点 B. A 点 C. B 点 D. C 点 4、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的 过程中，其输出状态将发生（A ）次跃变。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 5、某LC振荡电路的振荡频率为o f＝100 kHz，如将LC选频网络中的电容C增大一倍，则振荡频率约为 ( C ) A．200kHz B．140kHz C. 70kHz D.50kHz 6、若想制作一频率非常稳定的测试用信号源，应选用（ D ）。 A. RC桥式正弦波振荡电路 B. 电感三点式正弦波振荡电路 C. 电容三点式正弦波振荡电路 D. 石英晶体正弦波振荡电路 7、电路如图3所示，欲使该电路能起振，则应该采取的措施是（ C ）。 A.改用电流放大系数β较小的晶体管 B.减少反馈线圈L1的匝数 C.适当增大L值或减小C值 D.减少L2的匝数 L 图3 A.基本放大器 B.反馈网络 C.选频网络 D.稳幅电路 9、RC 桥式正弦波振荡电路由两部分电路组成,即RC 串并联选频网络和（ ）。 A. 基本共射放大电路 B.基本共集放大电路 C. 反相比例运算电路 D.同相比例运算电路 10、迟滞比较器有2个门限电压，因此在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，其输出状态将发生（ A ）次跃变。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 11、一个正弦波振荡器的反馈系数F =∠? 15180，若该振 荡器能够维持稳定振荡， 则开环电压放大倍数A u 必须等于（ C ）。 A.15 360∠? B.150∠? C.5180∠-? D.°05∠ 12、工作在电压比较器中的运放与工作在运算电路中的运放的主要区别是，前者的运放通常工作在（ ）。 A.开环或正反馈状态 B.深度负反馈状态 C.放大状态 D.线性工作状态 13、某LC 振荡电路的振荡频率为Z kH f 1000=，如果将LC 选频网络中的电容C 增大一倍，则振荡频率约为（ C ）。 A.Z kH f 2000= B.Z kH f 1400= C.Z kH f 700= D.Z kH f 500= 14、产生低频正弦波一般可用（ ）振荡电路。 A.英晶体 B.LC C.RC D. 以上都不可以 15、已知某电路输入电压和输出电压的波形如图所示,该电路可能是（ ）。 A.积分运算电路 B.微分运算电路 C.过零比较器 D.滞回比较器 二、填空题： 1 、正弦波振荡电路当稳幅振荡时，其幅值平衡条件是 ，相位平衡条件是 ，当电路起振时，其幅值条件是 。 u I u o 实验一 集成运算放大器的线性应用 (4学时) 一、 实验目的 1．了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成； 2． 掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、 实验仪器及器件 1．双踪示波器； 2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器； 4．数字电路实验箱或实验电路板； 5．数字万用表； 6．集成电路芯片uA741 2块、电容0.01uF2个、电阻10k 10个、20k 5个、30k 2个、50k 2个、100k 2个、5.1k 1个、3.3k 1个、680k 1个，10k 电位器3个。 三、 预习要求 1．熟悉集成电路芯片uA741的引脚图及功能； 2．掌握集成运放的工作特点； 3．掌握构各种运算电路的形式及工作原理。 四、实验原理 （1）集成运放简介 集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电路。集成运放uA741的电路符号及引脚图如图1所示。 图1 uA741电路符号及引脚图 任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。 （a ）电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。如：uA741的7脚和4脚。 （b ）输出端：只有一个输出端。在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压。如：uA741的6脚。最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1～2V ；输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。 （c ）输入端：分别为同相输入端和反相输入端。如：uA741的3脚和2脚。输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压V ic max 。 调零 V - V + -V cc 调零 +V cc NC V O 一、实验目的 1、掌握运放的线性工作区特点； 2、理解运放主要参数的意义； 3、掌握运放电路线性区分析测试方法； 4、掌握运算放大电路设计方法； 5、掌握半波整流电路分析设计方法； 二、实验仪器 1. 多功能函数发生器 1台 2. 数字示波器 1台 3. 数字万用表 1台 4. 模拟电子技术实验训练箱 1台 三、实验电路 电压跟随器电路反向电压放大器电路 加法器电路积分器电路 半波整流器电路 四、工作原理 集成运放是高增益的直流放大器。若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络，则可以实现不同的电路功能。例如，施加线性负反馈，可以实现放大功能以及加、减、微分、积分等模拟运算功能，施加非线性负反馈，可以实现对数、乘、除等模拟运算功能以及非线性变换功能；施加线性或非线性反馈，或将正、负两反馈结合，可以实现产生各种模拟信号 的功能。在使用集成运放时，要特别注意下列两个共性问题。首先，在输出信号中含有直流分量的应用场合下，必须考虑“调零”问题。第二，是相位补偿问题，不能让运算放大器产生自激现象，保证运放的稳定正常工作。此外,为了见效输入级偏置电流引起的误差，一般要求同相端和反相端到地直流电阻相等——保持输入端直流平衡。 五、实验内容与步骤 1、电压跟随器 按图电路接线，输入信号由同相端引入，测取Vi，V o，探究其关系。 2、反向电压放大器 按图电路接线，输入信号由反向端引入，测取Vi、V o，探究其有什么关系。 3、加法器 按如图电路接线。加入输入信号。然后分别给Vi1、Vi2两个电压值，并测Vi1、Vi2、V o，分析其关系。 4、积分器 按电路接线输入方波信号，f=100-1000Hz，用示波器观察V o，并记录之。 5、半波整流电路 按图接线。输入信号为正弦波，f=100-1000Hz,用示波器观察V o的波形，并记录之。 实验五 集成运放的线性应用实验 一、实验目的 1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法与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、实验仪器 模拟电路箱( )、数字万用表( )、双踪示波器( )、信号发生器( )等 三、实验原理 集成运算放大器就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与负反馈电路时,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。 1、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 ∞=vd A 输入阻抗 ∞=i R 输出阻抗 0=o R 带宽 ∞=BW f 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o U 与输入电压之间满足关系式 )(-+-=U U A U vd o 由于∞=vd A ,而o U 为有限值,因此,0≈--+U U V 。即-+≈U U ,称为“虚短”。 (2)由于∞=i R ,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即0=i I ,称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性就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。 2、基本运算电路 (1)反相比例运算电路 电路如图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 i f o U R R U 1 - = 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12R R =‖f R 。 姓名班级学号台号 日期节次成绩教师签字 集成运算放大器非线性应用电路 一．实验目的 二．实验仪器名称及型号 三．实验内容 （1）电压比较器 1）按图一所示接好电路。 2）由函数信号发生器调出1000Hz，电压幅值为5V的正弦交流电压加至u i端。 3）按表1改变直流信号源输入U，用示波器测量输出电压u0的矩形波波形，如图二所示。 4）按表1调节U的大小，用示波器观察矩形波波形的变化，测量T H 和T的数值，并计入表1。 表格1 电压比较器的测量 （2）滞回比较器 1）按图3所示电路选择电路元件，接好电路。 2）由函数信号发生器调出1000Hz，电压幅值为5V的三角波电压加至u i端。 3）按表2改变直流信号源输入U端，用示波器测量输出电 压u0的矩形波波形，如图4所示。 4）按表2改变U的大小，用示波器观察输出矩形波波形的变化，测量T H和T的数值。 5）用示波器观察输出矩形波波形的变化，测量输出u0又负电压跃变为正电压时的u i瞬时值u i+和u0由正电压跃变为负电压时u i瞬时值u i-，计入表2中。 表格2 滞回比较器的测量 （3）反向滞回比较器电路 1）按图5所示电路选择电路元件，接好电路。 2）u i接直流信号源，改变直流电压信号，测出输出电压u0由正电压跃变为负电压时u i的临界值。 3）测出u0由负电压跃变为正电压时的u i临界值。 4）u i接频率为1000Hz，峰峰值为2V的正弦信号，观察并记录输入u i和输出u0的波形。 5）增加u i的幅值，并将双踪示波器改为X-Y方式显示，测量并记录传输特性曲线。 6）将电阻R f由100kΩ改为200kΩ，重复测量并记录传输特性曲线，说明滞回特性曲线和元件值之间的关系。 集成运算放大器的线性应用实验 佘新平编写 一、 实验目的 1．了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成； 2． 掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、 实验仪器及器件 1．双踪示波器； 2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器； 4．数字电路实验箱或实验电路板； 5．数字万用表； 6．集成电路芯片uA741 2块、电容0.01uF2个、电阻10k 10个、20k 5个、30k 2个、50k 2个、100k 2个、5.1k 1个、3.3k 1个、680k 1个，10k 电位器3个。 三、 预习要求 1．熟悉集成电路芯片uA741的引脚图及功能； 2．掌握集成运放的工作特点； 3．掌握构各种运算电路的形式及工作原理。 四、实验原理 （1）集成运放简介 集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电路。集成运放uA741的电路符号及引脚图如图1所示。 图1 uA741 任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。 （a ）电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。如：uA741的7脚和4脚。 （b ）输出端：只有一个输出端。在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压。如：uA741的6脚。最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1～2V ；输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。 （c ）输入端：分别为同相输入端和反相输入端。如：uA741的3脚和2脚。输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压V ic max 。 调零 V - V + -V cc 调零 +V cc NC V O 集成运放的非线性应用（电压比较器、波形产生与变换） 1、 解： (1)所示电路为单限比较器，u O ＝±U Z ＝±8V ， 再求U TH U TH ＝－3V ， 其电压传输特性如图所示。 2、答： 1=? ? F A 振幅平衡条件1=? ? F A 相位平衡条件 ......2,1,02==+k k F A π ?? 3、解： 因为虚断，I L =I 2=U N /R 2 又因为虚短，同相端和反相端的电位相等，所以 6.02 Z 2 P L === R U R u I m A 4、解： （1）消除交越失真。 （2）最大输出功率和效率分别为 % 8.694 πW 162) (CC CES CC L 2 CES CC om ≈-? = =-= V U V R U V P η （3）电压放大倍数为 3.1113.1121 6i omax ≈+=≈=R R A U U A u u R 1＝1k Ω，故R 6至少应取10.3 k Ω。 5、解： （1）根据起振条件 22' W 'W f ＞，＞R R R R +k Ω。 故R W 的下限值为2k Ω。 （2）振荡频率的最大值和最小值分 别为 Hz 145≈)( π21 kHz 6.1≈ π2121min 01max 0C R R f C R f += = 6、解： （1）上“－”下“＋” （2）输出严重失真，几乎为方波。 （3）输出为零。 （4）输出为零。 （5）输出严重失真，几乎为方波。 7、解: 当1RC ω= 时,,0a f o ??== 满足相位平衡条件,可能振荡. (1) 1,f e R R 应满足1 13f e R R + >.振荡频率158.52o Z f H RC π= ≈, （3）电路中f R 可采用负温度系数的电阻. 8、解： (1) 振荡频率为 01RC ωω== 0011592Z f f H ωπ == = (2) 当0ωω=时,m ax 13 F F == ,根据起振条件1AF >,则应有. m ax 1 (1)1f R AF F R =+ >集成运放线性运用
一、集成运放的性能特点及使用 二、实验任务 三、实验操作及相关注意事项
大连理工大学电工电子实验中心
1.在由集成运放组成的各种运算电路中,为什 么要进行调零？ 3.LM741型集成运放的正负电源引脚分别是几 脚？
1.性能特点 ⑴集成运放具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特点,在形成 应用电路时，所实现的深负反馈使电路具有性能稳定及频带较宽等方 面的优越性，是分立元件电路所无法比拟的. ⑵利用集成运放可以构成加、减、乘、除、积分、微分等各种模 拟运算电路。 ⑶利用“虚短”和“虚断”的概念分析、设计其线性电路十分方便。设 计者无需考虑集成运放的诸多内部参数，只要利用电路的运算关系， 通过简便的分析计算,就可以确定电路元件的参数。实验四集成运算放大器的基本应用
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