集成运算放大器线性应用的基本电路以及输出电压与输入电压的关系
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实验二 信号放大电路实验一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能;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电压放大倍数高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,可以组成反相比例放大器,同相比例放大器,电压跟随器,同相交流放大器,自举组合电路,双运放高共模抑制比放大电路,三运放高共模抑制比放大电路等。
理想运算放大器的特性: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(如表2-1所示)的运算放大器称为理想运放。
表2-1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 (U ud O -+-A = ,而O U 为有限值,因此,0U U ≈--+,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,即称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
以上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。
1、基本放大电路: 1)反向比例放大器电路如图2-1所示。
对理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:i 1FO U R R U -=,为了减少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F 12R //R R =图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2)同相比例放大器电路如图2-2所示。
对理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:i 1FO )U R R 1(U += ,其中F 12R //R R =。
当∞→1R 时,i O U U =,即得到如图2-3所示的电压跟随器。
3)电压跟随器电路如图2-3所示。
对理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为:i O U U =,图中F 1R R =,用以减少漂移和起保护作用。
集成运算的线性应用实验报告篇一:集成运算放大器的线性应用--实验篇集成运算放大器的线性应用一、实验名称:集成运算放大器的线性应用二、实验任务及目的1.基本实验任务用运放设计运算电路。
2.扩展实验任务用运放构成振荡频率为500Hz的RC正弦波振荡器。
3.实验目的掌握运放线性应用电路的设计和测试方法三、实验原理及电路1.实验原理运算放大器的线性应用,即将运放接入深度负反馈时,在一定范围内输入输出满足线性关系。
2.实验电路图2.15.1 U0=5Ui1+Ui2(Rf=100k)电路(注意平衡电阻的取值!)图2.15.2 U0=5Ui2-Ui1(Rf=100k)电路(注意输入端电阻的匹配!)图2.15.3 uo??(Cf=0.01?F)电路?图2.15.4 可调恒压源电路(注意电位器的额定功率!)图2.15.5 恒流源电路(注意负载电阻的取值!)图2.15.6 RC正弦波振荡器四、实验仪器及器件1.实验仪器稳压电源1台,使用正常;数字万用表1台,使用正常;示波器1台,使用正常;函数信号发生器1台,使用正常。
2.实验器件DC信号源1个,使用正常;uA741运放2个,使用正常;1kΩ电阻1个,10kΩ电阻2个,15kΩ电阻1个,17kΩ电阻1个,20kΩ电阻2个,33kΩ电阻1个,51kΩ电阻1个,100kΩ电阻4个,0.01μF电容1个,10kΩ电位器1个,使用正常。
五、实验方案与步骤1.按照图2.15.1接好电路,将输入端接地(ui1=0,ui2=0),万用表监测输出电压,接通±15V电源后,调整调零电位器,尽量使Uo接近零,若不为零,则需记录该失调电压的数值。
将DC信号源接通电源,万用表监测DC信号源输出,按照表格中要求的参数调整旋钮,测量输出电压。
2.按照图2.15.2接好电路,记录该失调电压,将DC信号源接通电源,按照表格中要求的参数调整旋钮,测量输出电压。
3.按照图 2.15.3接好电路,调节函数信号发生器输出1kHz/4V的方波信号。
第6章集成运算放大器的应用一填空题1、反相比例电路中,集成运放的反相输入端为点,而同相比例电路中集成运放两个输入端对地的电压基本上等于电压。
2、对数和指数电路是利用二极管的电流和电压之间存在。
3、将正弦波转换为矩形波,应采用;将矩形波转换为三角波,应采用;将矩形波转换为尖脉冲,应采用。
4、滞回比较器具有特性,因此,它具有强的特点。
5、电压比较器的集成运放常常工作在;常用的比较器有比较器、比较器和比较器。
答案:1、接地、电源 2、指数关系 3、过零比较器、积分电路、微分电路 4、滞回,抗干扰性5、非线性区,单限、滞回、窗口二选择题1、为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器,应选用______滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻2、若从输入信号中抑制低于3kHZ的信号,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻3、若从输入信号中取出低于3kHZ的信号,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻4、若从有噪声的信号中提取2kH Z~3kH Z的信号进行处理,应选用_____滤波电路()A.低通B.高通C.带通D.带阻5、在下列电路中,____电路能将正弦波电压移相+900。
()A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路6、在下列电路中,____电路能将正弦波电压转换成二倍频电压。
()A.加法运算电路B.乘方运算电路C.微分运算电路7、在下列电路中,能在正弦波电压上叠加一个直流量的电路为()A.加法运算电路B.积分运算电路C.微分运算电路8、在下列电路中,能够实现电压放大倍数为-90的电路为()A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路答案:1、D 2、B 3、A 4、C 5、C 6、B 7、A 8、A三判断题1、差分比例电路可以实现减法运算。
()2、比例、积分、微分等信号运算电路中,集成运放工作在线性区;而有源滤波器、电压比较器等信号处理电路中,集成运放工作在非线性区。
113实验3.8 集成运算放大器基本运算电路一、实验目的(1)掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等模拟运算电路功能。
(2)熟悉运算放大器在模拟运算中的应用。
二、实验设备及材料函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、实验电路板。
三、实验原理集成运算放大器在线性应用方面,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、反相比例运算电路反相比例运算电路如图3.8.1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:i 1f o U R RU -= (3-8-1)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 ´=R 1||R f 。
实验中采用10 k Ω和100 k Ω两个电阻并联。
2、同相比例运算电路图3.8.2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 1f o )1(U R RU += (3-8-2)当R 1→∞时,U o =U i ,即为电压跟随器。
3、反相加法电路反相加法电路电路如图3.8.3所示,输出电压与输入电压之间的关系为)+(=B 2f A 1f o U R RU R R U - (3-8-3)R ´ = R 1 || R 2 || R f4、同相加法电路同相加法电路电路如图3.8.4所示,输出电压与输入电压之间的关系为:)+++(+=B211A 2123f 3o U R R R U R R R R R R U(3-8-4)图3.8.3 反相加法运算电路图3.8.2 同相比例运算电路图3.8.1 反相比例运算电路1145、减法运算电路(差动放大器)减法运算电路如图3.8.5所示,输出电压与输入电压之间的关系为:f f o A B 1121 ()()R R R U U U R R R R '=+'+-+当R 1 = R 2,R ´ = R f 时,图3.8.5电路为差动放大器,输出电压为:)(=A B 1f o U U R RU - (3-8-5)6、积分运算电路反相积分电路如图3.8.6所示,其中R f是为限制低频增益、减小失调电压的影响而增加的。
集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。
随着集成电路制造工艺的日益完善,目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。
按照集成度(每一片硅片中所含元器件数)的高低,将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ,中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。
运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路,集成运算放大器是集成电路的一种,简称集成运放,它常用于各种模拟信号的运算,例如比例运算、微分运算、积分运算等,由于它的高性能、低价位,在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。
集成运放的应用是重点要掌握的内容,此外,本章也介绍集成运放的主要技术指标,性能特点与选择方法。
一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成,结构如图1所示。
图1 集成运放结构方框图其中:输入级常用双端输入的差动放大电路组成,一般要求输入电阻高,差摸放大倍数大,抑制共模信号的能力强,静态电流小,输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。
中间级是一个高放大倍数的放大器,常用多级共发射极放大电路组成,该级的放大倍数可达数千乃数万倍。
输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点,常用互补对称输出电路。
偏置电路向各级提供静态工作点,一般采用电流源电路组成。
2. 特点:142○1 硅片上不能制作大容量电容,所以集成运放均采用直接耦合方式。
○2 运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路,这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。
○3 电路设计过程中注重电路的性能,而不在乎元件的多一个和少一个 ○4 用有源元件代替大阻值的电阻 ○5 常用符合复合晶体管代替单个晶体管,以使运放性能最好 3. 集成运放的符号从运放的结构可知,运放具有两个输入端v P 和v N 和一个输出端v O ,这两个输入端一个称为同相端,另一个称为反相端,这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系,若输入正电压从同相端输入,则输出端输出正的输出电压,若输入正电压从反相端输入,则输出端输出负的输出电压。
验证实验四 运算放大电路同相、反相及加减法电路实验一、实验目的(1)掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等模拟运算电路功能。
(2)熟悉运算放大器在模拟运算中的应用。
二、主要设备及器件函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、实验电路板。
三、实验原理1、反相比例运算电路反相比例运算电路如图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 1foUR R U -=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 ´=R1||Rf 。
实验中采用10 k Ω和100 k Ω两个电阻并联。
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 1fo )1(UR R U +=当R1→∞时,Uo=Ui ,即为电压跟随器。
图2 同相比例运算电路3、反相加法电路反相加法电路电路如图3所示,输出电压与输入电压之间的关系为)+(=B 2f A 1f o U R RU R R U - R ´ = R1 || R2 || Rf图3 反相加法电路4、同相加法电路同相加法电路电路如图4所示,输出电压与输入电压之间的关系为:)+++(+=B 211A 2123f 3o U R R R U R R R R R R U图4 同相加法电路5、减法运算电路(差动放大器)减法运算电路如图5所示,输出电压与输入电压之间的关系为:f f o A B 1121 ()()R R R U U U R R R R '=+'+-+当R1 = R2,R ´ = Rf 时,图5电路为差动放大器,输出电压为:)(=A B1fo U U R R U -图5 减法运算电路四、实验内容注意正、负电源的接法,并切忌将输出端短路,否则将会损坏集成块。
信号输入时先按实验所给的值调好信号源再加入运放输入端。
第4章集成运算放⼤器习题解答第四章习题参考答案4-1 什么叫“虚短”和“虚断”?答虚短:由于理想集成运放的开环电压放⼤倍数⽆穷⼤,使得两输⼊端之间的电压近似相等,即-+≈u u 。
虚断:由于理想集成运放的开环输⼊电阻⽆穷⼤,流⼊理想集成运放的两个输⼊端的电流近似等于零,即0≈=-+i i 。
4-2 理想运放⼯作在线性区和⾮线性区时各有什么特点?分析⽅法有何不同?答理想运放⼯作在线性区,通常输出与输⼊之间引⼊深度负反馈,输⼊电压与输出电压成线性关系,且这种线性关系只取决于外部电路的连接,⽽与运放本⾝的参数没有直接关系。
此时,利⽤运放“虚短”和“虚断”的特点分析电路。
理想运放⼯作在⾮线性去(饱和区),放⼤器通常处于开环状态,两个输⼊端之间只要有很⼩的差值电压,输出电压就接近正、负电压饱和值,此时,运放仍具有“虚断”的特点。
4-3 要使运算放⼤器⼯作在线性区,为什么通常要引⼊负反馈?答由于理想运放开环电压放⼤倍数∞=uo A ,只有引⼊深度负反馈,才能使闭环电压放⼤倍数FA 1u =,保证输出电压与输⼊电压成线性关系,即运放⼯作在线性区。
4-4 已知F007运算放⼤器的开环放⼤倍数dB A uo 100=,差模输⼊电阻Ω=M r id 2,最⼤输出电压V U sat o 12)(±=。
为了保证⼯作在线性区,试求:(1)+u 和-u 的最⼤允许值;(2)输⼊端电流的最⼤允许值。
解(1)由运放的传输特性5o uo 1012===++u u u A 则V 102.1101245--+?===u u(2)输⼊端电流的最⼤允许值为A 106102102.11164id --+?=??==r u I 4-5 图4-29所⽰电路,设集成运放为理想元件。
试计算电路的输出电压o u 和平衡电阻R 的值。
解由图根据“虚地”特点可得0==+-u u图中各电流为601.01--=u i 305.02---=u i 180o f u u i -=- 由“虚断”得f 21i i i =+以上⼏式联⽴,可得V 7.2o =u平衡电阻为Ω==k R 18180//60//30图4-29 题4-5图4-6 图4-30所⽰是⼀个电压放⼤倍数连续可调的电路,试问电压放⼤倍数uf A 的可调范围是多少?图4-30 题4-6图解设滑线变阻器P R 被分为x R 和x P R R -上下两部分。