集成运算放大器的基本应用模拟运算电路

实验二 集成运算放大器的基本应用(I)─ 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μA741的使用方法。

3. 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。

集成运算放大器配接不同的外围元件可以方便灵活地实现各种不同的运算电路（线性放大和非线性电路）。

用运算放大器组成的运算电路（也叫运算器），可以实现输入信号和输出信号之间的数学运算和函数关系，是运算放大器的基本用途之一，这些运算器包括比例器、加法器、减法器、对数运算器、积分器、微分器、模拟乘法器等各种模拟运算功能电路。

(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 。

iU 10-=-=i 1FO U R R U图1 反相比例运算电路(2) 同相比例运算电路图2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 U 11=+=i 1FO )U R R (1U R 2＝R 1// R F图2 同相比例运算电路三 实验设备与器件1.±12V 直流电源2. 函数信号发生器3.交流毫伏表4. 数字式万用表5.双通道数字示波器6.集成运算放大器μA741×17.9.1K Ω、10 K Ω、100 K Ω电阻各1个，导线若干8.THM-3A 型模拟电路实验箱。

2 3674152 315467四实验内容实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。

实验六 集成运算放大器的应用（一）模拟运算电路预习部分一、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. 掌握运算放大器的使用方法，了解其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。

本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图2-7-1所示。

它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K Ω的电位器并将滑动触头接到负电源端。

⑧脚为空脚。

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) 反相比例运算电路电路如图2-7-2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Uo ＝－（R F / R 1）Ui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) 反相加法电路图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路电路如图2-7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为F i Fi F O //R //R R R U R R U R R U 2132211=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= 图2-7-1 μA741管脚图3) 同相比例运算电路图2-7-4(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 Uo ＝（1＋R F / R 1）Ui R 2＝R 1 // R F当R 1→∞时，Uo ＝Ui ，即得到如图2-7-4(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。

(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器图2-7-4 同相比例运算电路4) 差动放大电路（减法器）对于图2-7-5所示的减法运算电路，当R 1＝R 2，R 3＝R F 时， 有如下关系式图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路反相积分电路如图2-7-6所示。

实验八集成运算放大器的基本应用(I)——模拟运算电路班级：姓名：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。

图8－1 反相比例运算电路图8－2 反相加法运算电路图8-3(a) 同相比例运算电路图8-3(b) 电压跟随器图8－4 减法运算电路图8-5 积分运算电路1、反相比例运算电路1) 按图8－1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。

2) 输入f＝100Hz，U i＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的U O，并用示波器观察u O和u i 的相位关系，记入表8-1。

表8-1U i＝0.5V，f＝100HzU i（V）U0（V）u i波形u O波形A V实测值计算值2、同相比例运算电路1) 按图8－3(a)连接实验电路。

实验步骤同内容1，将结果记入表8－2。

2) 将图8－3(a)中的R1断开，得图8－3(b)电路重复内容1)。

表8－2U i＝0.5V f＝100HzU i（V）U O(V) u i波形u O波形A V实测值计算值3、反相加法运算电路1)按图8－2连接实验电路。

调零和消振。

2) 输入信号采用直流信号。

实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。

用直流电压表测量输入电压U i1、U i2及输出电压U O，记入表8－3。

表8-3U i1(V)U i2(V)U O(V)4、减法运算电路1) 按图8－4连接实验电路。

调零和消振。

2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表8－4。

表8－4U i1(V)U i2(V)U O(V)5、积分运算电路1)实验电路如图8－5所示。

打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。

2)调零完成后，再打开K1，闭合K2，使u C(o)＝0。

第七章集成运算放大器的应用—模拟运算电路本章是本课程的重点章节之一，应着重掌握以下内容：（1）集成运放工作在线性区和非线性区的条件和特点（2）比例运算电路的结构、特点，Uo 与Ui的特点（3）求和运算电路的结构特点，分析方法（4）积分运算电路的结构，输出输入关系（5）简单电压比较强的分析方法，会计算UT，花电压传输特性，画UO波形本章内容（1）集成运放应用基础（2）运算电路电子课件七. 集成运算放大器的应用—模拟运算电路课时授课教案一授课计划批准人：批准日期：课序19 授课日期授课班次课题：第7章第7.1节集成运放的应用基础第7.2节运算电路目的要求：1.深刻理解集成运放工作在线性区的条件和特点2. 掌握反相比例运算电路的结构、工作原理及特点3.掌握同相比例运算电路的结构、工作原理及特点4.掌握电压跟随器的电路结构、工作原理重点难点：重点反相和同相比例运算电路的结构特点及Ｕo与Ｕi的关系难点理解集成运算工作在线性区的条件和特点教学方法手段: 电子课件、课堂提问、课堂讨论、启发式教具：电子课件复习提问 1.知集成运放的Ａo，据电压传输特性估算出集成运放的线性输入范围2.集成运放开环应用能否使运放工作在线性区？课堂讨论同相比例和反相比例电路分别作为一、二级组成两级放大电路讨论其输出电压与输入电压之间的关系布置作业本章思考题与习题３、４、７、８课时分配二授课内容7.1集成运放的应用基础复习：上一章介绍了集成运放的符号及集成运放的电压传输特性如图示由电压传输特性曲线知，集成运放有线性工作区和非线性工作区集成运放的最大输出电压610,12=±=±od O M A V U 则最大线性输入电压为v Ui μ1210126max ==，即只有v U i μ12≤时运放才工作在线性区。

可见集成运放开环应用不能工作在线性区，要使集成运放工作在线性区，必需在集成运放外部电路引入负反馈。

7.1.1 理想运放的条件理想条件：0,0,,0,,,0==∞==∞=∞=∞=io IO ic id od I U CMMR r r r A 等 用理想运放代替实际运放所产生的误差工程上是允许的7.1.2 理想运放工作在线性区的特点在线性区)(0-+-=U U A U od 00==--+odA U U U -+=U U 虚短路 0=-=-+idi r U U I 虚开路 虚短路、虚开路是分析集成运放线性应用电路的出发点。

实验三 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、实验仪器 1．双踪示波器 2．万用表3．交流毫伏表三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

1）反相比例运算电路电路如图11-1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 FO U R R U 1-= （11-1）图11-1 反相比例运算电路为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）反相加法电路图11-2 反相加法运算电路电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （11-2） 3）同相比例运算电路图11-3（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 FO U R R U )1(1+= R 2=R 1∥R F （11-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图11-3（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。

图11-3 同相比例运算电路4）差动放大电路(减法器)对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式：)(1120i i U U R RFU -=（11-4）图11-4 减法运算电路5）积分运算电路反相积分电路如图11-5所示。

在理想化条件下，输出电压U 0等于⎰+-=tCiUdt U RCt U 00)0(1)( （11-5）式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。

图11-5 积分运算电路如果Ui(t)是幅值为E 的阶跃电压，并设UC(0)=0，则⎰-=-=tt RCEEdt RCt U 001)( （11-6） 此时显然RC 的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R 或C 的值积分波形也不同。

第七章集成运算放大器的应用—模拟运算电路本章是本课程的重点章节之一，应着重掌握以下内容：（1）集成运放工作在线性区和非线性区的条件和特点（2）比例运算电路的结构、特点，Uo 与Ui的特点（3）求和运算电路的结构特点，分析方法（4）积分运算电路的结构，输出输入关系（5）简单电压比较强的分析方法，会计算UT，花电压传输特性，画UO波形本章内容（1）集成运放应用基础（2）运算电路电子课件七. 集成运算放大器的应用—模拟运算电路课时授课教案一授课计划批准人：批准日期：课序19 授课日期授课班次课题：第7章第7.1节集成运放的应用基础第7.2节运算电路目的要求：1.深刻理解集成运放工作在线性区的条件和特点2. 掌握反相比例运算电路的结构、工作原理及特点3.掌握同相比例运算电路的结构、工作原理及特点4.掌握电压跟随器的电路结构、工作原理重点难点：重点反相和同相比例运算电路的结构特点及Ｕo与Ｕi的关系难点理解集成运算工作在线性区的条件和特点教学方法手段: 电子课件、课堂提问、课堂讨论、启发式教具：电子课件复习提问 1.知集成运放的Ａo，据电压传输特性估算出集成运放的线性输入范围2.集成运放开环应用能否使运放工作在线性区？课堂讨论同相比例和反相比例电路分别作为一、二级组成两级放大电路讨论其输出电压与输入电压之间的关系布置作业本章思考题与习题３、４、７、８课时分配二授课内容7.1集成运放的应用基础复习：上一章介绍了集成运放的符号及集成运放的电压传输特性如图示由电压传输特性曲线知，集成运放有线性工作区和非线性工作区集成运放的最大输出电压610,12=±=±od O M A V U 则最大线性输入电压为v Ui μ1210126max ==，即只有v U i μ12≤时运放才工作在线性区。

可见集成运放开环应用不能工作在线性区，要使集成运放工作在线性区，必需在集成运放外部电路引入负反馈。

7.1.1 理想运放的条件理想条件：0,0,,0,,,0==∞==∞=∞=∞=io IO ic id od I U CMMR r r r A 等 用理想运放代替实际运放所产生的误差工程上是允许的7.1.2 理想运放工作在线性区的特点在线性区)(0-+-=U U A U od 00==--+odA U U U -+=U U 虚短路 0=-=-+idi r U U I 虚开路 虚短路、虚开路是分析集成运放线性应用电路的出发点。

实验五 集成运算放大器的基本应用(I)─ 模拟运算电路 ─ 一、实验目的1、 了解和掌握集成运算放大器的功能、引脚2、 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。

3、 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8－1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8－1 反相比例运算电路 图8－2 反相加法运算电路2) 反相加法电路i 1FO U R R U -=电路如图8－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)U R RU R R (U i22F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F 3) 同相比例运算电路图8－3(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 1FO )U R R (1U += R 2＝R 1 // R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图8－3(b)所示的电压跟随器。

2.7集成运算放大器的基本应用一.实验目的（1）了解并掌握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）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。

（3）进一步熟悉仿真软件的应用。

二.实验原理及电路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器件。

当外部接入由不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活的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。

在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般地讨论中，以下三条基本结论是普遍适用的：（1）开环电压增益V A =∞。

（2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V V +-=，称为“虚短。

（3） 运算放大器同相和反相两个输入端的电流可视为零，即I I +-==0，称为“虚断”。

应用上述理想运算放大器三条基本原则，可简化运算放大器电路的计算，得出本次实验的结论。

1. 基本运算电路（1） 反相比例运算电路。

电路如图2.7-1所示。

对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为01f i R V V R =-为了减小输入级偏执电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻21//f R R R =。

2.7-1反响比例运算电路（2） 同相比例运算电路。

图2.7-2（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01(1)f i R V V R =+，21//f R R R =当1R →∞时，0i V V =，即得到如图2.7-2（b ）所示的电压跟随器。

图中2f R R =，用以减小漂移和起保护作用。

一般f R 取10k Ω,f R 太小起不到保护作用，太大影响跟随性。

图2.7-2（a ）同相比例运算电路 （b ）电压跟随器（3） 反相加法电路。

电路如图2.7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为01212()f f i i R R V V V R R =-+,321////f R R R R = 当21fR R R ==时，012()i i V V V =-+。

实验二 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、实验仪器1、双踪示波器2、万用表3、交流毫伏表4、信号发生器三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

1、 反相比例运算电路电路如图2-1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 FO U R R U 1-= （2-1）U iO图2-1 反相比例运算电路为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R2=R1∥R F ，此处为了简化电路，我们选取R2=10K 。

2、反相加法电路U OU图2-2 反相加法运算电路电路如图2-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-= R 3=R 1∥R 2∥R F （2-2） 3、同相比例运算电路图2-3（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 FO U R R U )1(1+= R 2=R 1∥R F （2-3） 当R1→∞时，U O =U i ，即得到如图2-3（b ）所示的电压跟随器。

图中R2=R F ，用以减小漂移和起保护作用。

一般RF 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

(a)同相比例运算 (b)电压跟随器图2-3 同相比例运算电路4、差动放大电路(减法器)对于图2-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=R F 时，有如下关系式： )(1120i i U U R RFU -=（2-4）图2-4 减法运算电路5、积分运算电路C1图2-5 积分运算电路反相积分电路如图2-5所示。

在理想化条件下，输出电压U 0等于 001()(0)ti C U t U dt U RC=-+⎰ （2-5） 式中U C (0)是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。