模拟集成运算放大器电路分析与设计

实验目的和要求：① 了解运放调零和相位补偿的基本概念。

② 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。

③ 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。

实验原理：预习思考：1、 设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； 电路图如P20页5-1所示，电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ2、 设计一个同相比例放大器，要求：|A V|=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上；R F R LVo电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ 3、 设计一个电路满足运算关系 VO= -2Vi1 + 3Vi2减法运算电路：1123213111113232)()()(i f i f i f i i O V R R V R R R R R R V R R R V R R R V V -++=++-+=3)()(32131=++R R R R R R f ，0,22211==⇒=R R R R R f f取Ω=Ω=Ω=Ω=K R K R K R K R f 100,0,20,10321实验电路如实验内容：1、反相输入比例运算电路（I ） 按图连接电路，其中电源电压为±15V ，R 1=10 kΩ, R F =100 kΩ, R L =100 kΩ, R P =10 kΩ//100 kΩAR1R F Rp=R F //R1R LVoVi+Vcc-Vcc输入端接地，用万用表测量并记录输出端电压值，此时测出失调电压0.016 V 分析：失调电压是直流电压，将会直接影响直流放大器的放大精度。

直流信号测量：Vi/V V O /V Avf测量值 理论值 -2 14.25 -7.125 -10 -0.5 4.98 -9.96 -10 0.5 -5.02 -10.04 -10 2-12.87-6.435-10实验结果分析：运算放大器的输出电压摆幅受器件特性的限制，当输入直流信号较大时，经过运放放大后的输出电压如果超过V OM ，则只能输出V OM 的值。

集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。

另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。

有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。

因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。

并记下元器件的实际数值。

否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。

）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、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。

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i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。

U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，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 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 F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—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。

模拟集成电路的设计流程一、需求分析与规格确定1. 应用场景：了解电路将用于何种设备，如手机、电脑、汽车电子等，以及这些设备对电路的特殊要求。

2. 性能指标：根据应用场景，确定电路的关键性能参数，如增益、带宽、功耗、线性度、噪声等。

3. 工作条件：明确电路的工作电压、温度范围、湿度、震动等环境条件。

4. 成本与尺寸：考虑电路的成本目标和封装尺寸，确保设计在商业上是可行的。

5. 制定规格书：将上述分析结果整理成详细的技术规格书，为后续设计工作提供依据。

二、电路架构设计与仿真在规格确定后，设计师开始进行电路架构的设计。

这一阶段，设计师需要运用专业知识，选择合适的电路拓扑，并进行初步的仿真验证。

1. 电路拓扑选择：根据规格书要求，选择合适的电路拓扑，如运算放大器、滤波器、稳压器等。

2. 元器件选型：根据电路拓扑，选取合适的晶体管、电阻、电容等元器件。

3. 原理图绘制：使用电路设计软件，绘制电路的原理图。

4. 参数调整与优化：通过仿真软件，对电路参数进行调整，以优化电路性能。

5. 仿真验证：进行直流分析、交流分析、瞬态分析等仿真，验证电路在不同工作条件下的性能是否符合规格要求。

三、版图布局与设计规则检查1. 版图绘制：根据原理图，绘制电路的版图，包括元器件布局、连线、焊盘等。

2. 设计规则检查（DRC）：确保版图设计符合制造工艺的设计规则，如线宽、线间距、寄生效应等。

3. 版图与原理图一致性检查（LVS）：通过软件工具，比较版图与原理图是否一致，确保没有设计错误。

4. 参数提取：从版图中提取寄生参数，为后续的版图后仿真做准备。

四、版图后仿真与优化版图设计完成后，需要进行版图后仿真，以验证实际制造出的电路性能。

1. 版图后仿真：利用提取的寄生参数，对版图进行后仿真，检查电路性能是否受到影响。

2. 性能优化：根据仿真结果，对版图进行必要的调整，以优化电路性能。

3. 设计迭代：如果仿真结果不理想，可能需要返回前面的步骤，对电路架构或版图进行重新设计。

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。

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 CMRRK CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即K CMRR = A A od，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160dB 。

基于运算放大器和模拟集成电路设计教学设计引言运算放大器是一个很重要的模拟集成电路，具有放大、求和、微分等功能，被广泛应用于各种电子系统中。

在电子工程师的日常工作中，掌握运算放大器的设计和使用技巧是必不可少的。

因此，在电子类专业中，教学设计中要注重运算放大器及模拟集成电路的学习和教学。

本文主要介绍基于运算放大器和模拟集成电路设计教学设计的内容，包括教学目标、课时安排、实验内容和实验步骤等。

教学目标本教学设计的主要目标如下：1.理解运算放大器的基本原理和特点，以及在电路设计中的应用；2.掌握运算放大器的电路模型和常用电路；3.了解模拟集成电路的设计和应用；4.进一步提高学生对电路设计的理解和实践能力。

课时安排本教学设计分为3个课时，具体安排如下：第一课时1.介绍运算放大器的基本概念和电路模型；2.分析运算放大器的典型应用电路，并进行电路分析；3.示例设计一个基本的运算放大器电路，并进行仿真分析。

第二课时1.介绍模拟集成电路的基本概念和分类；2.分析模拟集成电路中的运算放大器电路，并进行电路特性分析；3.示例设计一个基本的模拟集成电路，并进行仿真分析。

第三课时1.介绍运算放大器的稳定性和失调特性；2.分析运算放大器电路中应注意的问题，并进行电路参数设计；3.示例设计一个复杂的运算放大器电路，并进行电路仿真与实测。

实验内容与步骤第一课时实验步骤1.阅读并理解运算放大器的电路模型与基本原理；2.分析并仿真一个基本的运算放大器电路；3.在仿真实验中，掌握运算放大器的工作原理和性能特点。

第二课时实验步骤1.阅读并理解模拟集成电路的类型与基本原理；2.分析并仿真一个基本的模拟集成电路；3.在仿真实验中，掌握模拟集成电路的工作原理和性能特点。

第三课时实验步骤1.阅读并理解运算放大器的稳定性和失调特性；2.进行一个复杂的运算放大器电路设计；3.在仿真和实测实验中，进一步掌握运算放大器的各项指标和电路设计方法。

结语通过本教学设计，学生可以更好地掌握运算放大器和模拟集成电路的电路分析与设计技巧，提高自己的实践能力，并为今后的电子工作打下坚实的基础。

实验四 运算放大器应用综合实验一、实验目的1、 了解运算放大器的基本使用方法，学会使用通用型线性运放μA741。

2、 应用集成运放构成基本运算电路——比例运算电路，测定它们的运算关系。

3、 掌握加法、减法运算电路的构成、基本工作原理和测试方法。

二、预习要求1、 集成电路运算放大器的主要参数。

2、 同相比例、反相比例电路的构成以及输出、输入之间的运算关系。

3、 加法、减法电路的构成及运算关系。

三、实验设备及仪器模拟电子技术实验台、数字存储示波器、数字万用表、函数信号发生器、数字交流毫伏表。

四、实验内容及步骤运放的线性应用——比例及加减法电路实验 1、反相比例运算反相比例运算电路如图3.1所示，按图接线。

根据表3.1给定的u i 值，测量对应的u o 值并记入表3.1中。

并用示波器观察输入V i 和输出V o 波形及相位。

理论值： i ii f o u V u R R u 10101003-=-=-=注意：①当V i 为直流信号时，u i 直接从实验台上的-5～+5V 直流电源上获取，用数字直流电压表分别测量u i 、u o 。

②当u i 为交流信号时，u i 由函数信号发生器提供频率为1kHz 正弦波信号，用交流毫伏表分别测量u i 、u o 。

（下同）图3.1 反相比例运算电路表3.1测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。

2、同相比例运算同相比例运算电路如图3.2所示，根据表3.2给定的u i值，测量对应的u o值并记入表3.2中。

并用示波器观察输入u i和输出u o波形及相位。

理论值： u O＝（1＋R f／R3）u i=11u i。

图3.2 同相比例运算电路表3.2测量结束后，将Rf改为电位器Rp，观察输入ui一定，调节Rp，输出的变化规律。

表3.2 同相比例参数测量3、加法运算加法运算原理电路如图3.3。

根据表3.3给定的u i1、u i2值，测量对应的u o值，并记入表3.3中。

集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验报告实验目的：1. 学习集成运算放大器的基本应用；2. 掌握模拟运算电路的基本组成和设计方法；3. 理解反馈电路的作用和实现方法。

实验器材：1. 集成运算放大器OP07；2. 双电源电源供应器；3. 多用途万用表；4. 音频信号发生器；5. 电容、电阻、二极管、晶体管等元器件。

实验原理：集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、具有巨大开环增益的差分放大器。

在应用中，我们通常通过反馈电路来控制放大器的增益、输入输出阻抗等特性，从而使其实现各种模拟运算电路。

常用的反馈电路有正向电压反馈、负向电压反馈和电流反馈等。

各种反馈电路的实现方法有所不同，但基本思想都是引入一个反馈回路来控制电路的传递函数，从而实现对电路特性的控制。

实验内容：1. 非反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

2. 非反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

3. 非反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

4. 反相比例放大电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

5. 反相积分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

6. 反相微分电路按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

7. 增益和带宽测试选择合适的集成运算放大器，按照电路图接线，设置正常的电源电压和输入信号参数，测量输出电压和放大倍数，记录实验数据。

实验数据及分析：根据实验中所得到的数据，可以绘制出放大倍数和频率的曲线图，从中可以看出电路的增益特性和带宽特性。

实验结论：通过本次实验，我们学习了集成运算放大器的基本应用，掌握了模拟运算电路的基本组成和设计方法，理解了反馈电路的作用和实现方法，同时也提高了我们的实验操作能力。

一、实训背景随着信息技术的飞速发展，集成电路设计作为电子工程领域的关键技术之一，其重要性日益凸显。

为了提升学生在模拟电子技术（模电）领域的实践能力和设计水平，我们参加了为期两周的模电集成电路设计实训。

本次实训旨在通过实际操作和理论学习，使学生掌握模拟集成电路的基本设计方法、电路分析方法以及设计工具的使用。

二、实训目的1. 熟悉模拟集成电路的基本设计流程和步骤。

2. 掌握常用的模拟集成电路设计方法，如运算放大器、滤波器、稳压器等。

3. 学会使用电路仿真软件，如Multisim、LTspice等，进行电路仿真和分析。

4. 培养学生的动手能力和团队合作精神。

三、实训内容1. 模拟集成电路设计基础首先，我们对模拟集成电路设计的基本原理进行了深入学习。

包括模拟信号的基本概念、半导体器件的工作原理、电路分析方法等。

通过学习，我们了解了模拟集成电路设计的基本流程和步骤。

2. 运算放大器设计运算放大器是模拟集成电路设计中最为常见的电路之一。

在实训中，我们学习了运算放大器的电路结构、工作原理以及设计方法。

通过实际操作，我们设计并制作了一个简单的运算放大器电路，并使用Multisim软件进行了仿真验证。

3. 滤波器设计滤波器在信号处理领域有着广泛的应用。

我们学习了滤波器的基本原理和设计方法，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。

在实训中，我们设计并制作了一个低通滤波器电路，并对其进行了仿真和分析。

4. 稳压器设计稳压器是模拟集成电路设计中用于提供稳定电压的电路。

我们学习了不同类型的稳压器，如线性稳压器、开关稳压器等。

在实训中，我们设计并制作了一个线性稳压器电路，并对其性能进行了测试。

5. 电路仿真与分析为了验证我们的设计，我们使用了Multisim软件对电路进行了仿真和分析。

通过仿真，我们能够直观地观察电路的性能，并根据仿真结果对电路进行调整和优化。

四、实训成果1. 设计并制作了多个模拟集成电路电路，包括运算放大器、滤波器、稳压器等。

运算放大器应用电路的设计与制作(一） 运算放大器 1.原理运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反响电路时，可以灵敏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。

运算放大器一般由4个局部组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。

图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性局部。

如图2所示。

U -对应的端子为“-〞，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。

U +对应的端子为“＋〞，当输入U +单独由该端参加时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。

输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益〔开环电压放大倍数〕。

在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到: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化参数。

2.理想运放在线性应用时的两个重要特性输出电压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〞。

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汲取电流极小。

上述两个特性是分析理想运放应用电路的根本原那么，可简化运放电路的计算。

3. 运算放大器的应用 (1)比例电路所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。

(a) 反向比例电路反向比例电路如图3所示，输入信号参加反相输入端:图3反向比例电路电路图对于理想运放，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 ’＝R 1 // R F 。