实验七 集成运放的基本运用
——比例运算电路
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。
二、预习要求
1、 集成电路运算放大器的主要参数，调零的作用和方法。
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。
三、实验设备及仪器
智能网络型实验台、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、函数信号发生器。
四、实验内容及步骤
1、调零：按图7.1接线，接通电源后，调节调零电位器R P ，使输出电压V o ＝0（小于±10mA ），运放调零后，在后面的实验中不要再改动电位器的位置。
图7.1 运算放大器调零电路
2、反相比例运算
反相比例运算电路如图7.2所示，按图接线。根据表7.1给定的V i 值，测量对应的V o
值并记入表7.1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 i
i f o V V V R R V 10101001-=-=-=
注意：①当V i 为直流信号时，V i 直接从实验台上的0～30V 直流电源上获取，用直流电压
表分别测量V i 、V o 。
②当V i 为交流信号时，V 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V i 、V o 。（下同）
图7.2 反相比例运算电路
2、同相比例运算
同相比例运算电路如图7.3所示，根据表7.2给定的V i值，测量对应的V o值并记入表7.2中。并用示波器观察输入V i和输出V o波形及相位，将观察到的输入V i和输出V o波形画入表7.3中。
理论值：V O＝（1＋R f／R1）V i
表7.2
图7.3 同相比例运算电路
表7.3
五、要求与思考
1、整理实验数据，并对实测数据和理论计算数据进行比较和分析，说明实测数据和理论计
算数据之间出现的误差原因。
2、如果将V i继续加大（如V i≥1V），V o是否符合比例运算，按比例系数增大？为什么？
3、什么叫“调零”？运算放大器为什么要进行调零？
4、理想运放有哪些特性？通过实验试将运放的理想特性与实际运放电路进行比较。
加法、减法运算电路
一、实验目的
1、掌握加法、减法运算电路的构成、基本工作原理和测试方法。
2、了解加法、减法运算中V i与V o的函数关系。
二、预习要求
1、运算放大器的调零方法。
2、加法、减法运算电路的结构及运算关系。
三、实验设备及仪器
智能网络型实验台、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、函数信号发生器。
四、实验内容及步骤
1、首先将运算放大器调零，方法同P20实验七步骤一。
2、加法运算
加法运算电路如图7.1.1，按图接线。根据表7.1.1给定的V i1、V i2值，测量对应的V o 值，并记入表7.1.1中。具体算法公式为Uo=—Rf/R1（Vi1+Vi2），这是针对于反向端输入的电路而言,并且必须满足的条件是R1=R2。
图7.1.1 加法运算电路
表 7.1.1
i1i2
图7.1.2
② 要确保集成运放工作在线性区。
3、 减法运算
保持加法电路的零点不变。
减法运算电路如图7.1.3所示，按图接线。根据表7.1.2给定的V i1、V i2值，测量对应的V o 值，并记入表中。其计算公式为Uo=Rf/R1(Ui2-Ui1)。其中必须满足Rf/R1=R3/R2。
图7.1.3 减法运算电路
五、要求与思考
1、从实验数据验证：加法运算为 )(
22
11
i f i f o V R R V R R V +
-=
减法运算为 !
12)(R R V V V f
i i o -=
2、在加、减法电路中，如果V i1、V i2为交流信号，且频率不同，用交流毫伏表测出的数据是否符合加、减法运算关系，如果此时用示波器观察输出波形，将出现什么现象？
3、如何用现有的元器件组成同相加法电路，画出电路图并写出输出函数式V o ＝f （V i1、V i2）。
4、整理实验数据，并对实测数据和理论计算数据进行比较和分析，说明实测数据和理论计算数据之间出现的误差原因。
第7章 集成运放组成的运算电路 本章教学基本要求 本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。表为本章的教学基本要求。 表 第7章教学内容与要求 学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路，掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系，理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系，并能根据需要合理选择上述有关电路。 本章主要知识点 1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点 由于实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、计算应用电路时，用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放。 集成运放的应用划分为两大类：线性应用和非线性应用。 (1) 线性应用及其特点 集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主，此时其输出量与净输入量成线性关系，但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。 集成运放工作在线性区时，它的输出信号o U 和输入信号（同相输入端+U 和反相输入端-U 之差）满足式（7-1） )(od o -+-=U U A U (7-1) 在理想情况下，集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。虚短：是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零；虚断：是指运放两个输入端的电流几乎等于零。即 虚短：0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断：0≈=+-I I
(2) 非线性应用及其特点 非线性应用中集成运放工作在非线性区，电路为开环或正反馈状态，集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。输入端有很微小的变化量时，输出电压为正饱和电压或负饱和电压值（饱和电压接近正、负电源电压），+-=U U 为两种状态的转折点。即 当+->U U 时，OL o U U = 当+-集成运算放大器及其应用
第九章集成运算放大器及其应用（易映萍） 9.1 差分放大电路 9.2互补功率放大电路 9.3 集成运算放大电路 9.4 理想集成运放的线性运用电路 9.5 理想集成运放的非线性运用电路 习题 第九章集成运算放大器及其应用 9.1 差分放大电路 9.1.1 直接耦合多级放大电路的零点漂移现象 工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面和长度等，它们通过不同的传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性连续信号，这些信号具有以下两个特点： 1．信号比较微弱，只有通过多级放大才能驱动负载； 2．信号变化缓慢，一般采用直接耦合多级放大电路将其放大。 u＝0）时，人们在试验中发现，在直接耦合的多级放大电路中，即使将输入端短路（即 i u≠0）,这种现象称为零点漂移（简称为零漂），如图输出端还会产生缓慢变化的电压（即 o 9.1所示。 （a）测试电路（b）输出电压u o的漂移 图9.1 零点漂移现象 9.1.2 零漂产生的主要原因 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化以及半导体元器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移，在阻容耦合放大电路中，耦合电容对这种缓慢变化的漂移电压相当于开路，所以漂移电压将不会传递到下一级电路进一步放
大。但是，在直接耦合的多级放大电路中，前一级产生的漂移电压会和有用的信号（即要求放大的输入信号）一起被送到下一级进一步放大，当漂移电压的大小可以和有用信号相当时，在负载上就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时漂移电压甚至把有效信号电压淹没了，使放大电路无法正常工作。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移，所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂，从某种意义上讲零点漂移就是静态工作点Q点随温度的漂移。 9.1.3抑制温漂的方法 对于直接耦合多级放大电路，如果不采取措施来抑制温度漂移，其它方面的性能再优良，也不能成为实用电路。抑制温漂的方法主要由以下几种： （1）采用稳定静态工作的分压式偏置放大电路中Re的负反馈作用； （2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化； （3）采用特性完全相同的三极管构成“差分放大电路”； 9.1.4 差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。直接耦合的多级放大电路的组成框图如图9.2所示。 图9.2 多级放大的组成框图 A倍后传送到负载上，对电路造从上图可知输入级一旦产生了温漂，会经中间级放大 u2 A≈1，对电路造成的成严重的影响，而中间级产生的温漂，由于直接到达功放级而功放的 u 影响跟输入级相比少得多，所以，我们主要应设法抑制输入级产生的温漂，故在直接耦合的多级放大电路中只有输入级常采用差分放大电路的形式来抑制温漂。 9.1.4.1 差分放大电路的组成及结构特点 一．电路组成 差分放大电路如图9.3所示。
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
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
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 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原理与功能。 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5－1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5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2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5－3(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5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=
实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只；10k Ω 3只；5.1k Ω 1只；9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11 0υυR R f -=
R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。 由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑： ○ 1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1 R R A f vf - = 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的21////R R R R f ='。
集成运算放大器的应用实验报告一、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．数字示波器； 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,各个阻值的电阻若干个。 三、实验内容 1、在面包板上搭接μA741的电路。首先将+12V和-12V直流电压正确接入μA741的Vcc+(7脚)和Vcc-（4脚）。 2、用μA741组成反比例放大电路，放大倍数自定，用示波器观察输入和输出波形，测量放大器的电压放大倍数。 3、用μA741组成积分电路，用示波器观察输入和输出波形，并做好记录。 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
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 。 两输入端电位差称为“差模输入电压”V id ：id V V V +-=- 。 两输入端电位的平均值，称为“共模输入电压”V ic ： 任何一个集成运放，允许承受的V id max 和V ic max 都有一定限制。 两输入端的输入电流 i + 和 i - 很小，通常小于1?A ，所以集成运放的 输入电阻很大。 （2）集成运放的主要参数 集成运放的主要参数有：输入失调电压、输入失调电流、开环差模电压放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻、增益－带宽积、转换速率和最大共模输入电压。其中最重要的是增益－带宽积、转换速率和最大共模输入电压三个参数，在应用集成运放时应特别注意。
、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
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 -=
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 2π1 f 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 31 Q -= 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。 2、高通滤波器（HPF ） 与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。 只要将图9－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图9－3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照LPH 分析方法，不难求得HPF 的幅频特性。 (a) 电路图 (b) 幅频特性 图9－3 二阶高通滤波器 电路性能参数A uP 、f O 、Q 各量的函义同二阶低通滤波器。 图9－3（b ）为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。 3、 带通滤波器（BPF ）
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
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 CMRR K 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 。 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
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 \
实验八集成运放基本应用之 ---- 模拟运算电路班级：姓名：学号：2015. 12. 30 1、研究由集成运算放人电路组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2、了解运算放人电路在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验仪器及器件 三、实验原理 1、反相比例运算电路 电路如图8—1所示。 图8-1反相比例运算电路 2.反相加法电路 电路如图8-2所示。
图8-2 反相加法电路V o = -(字+ 字《2)R3=R I// R：// R F R] 3、同相比例运算电路 电路如图8-3(a)所示。 图8-3(a)同相比例运算电路图8-3(b) 电压跟随器V o = (1 + 字)V,R尸R I〃R F 肖8时，v°=V，即得到如图8-3(b)所示的电斥跟随器。4、差分放兴电路(减法电路) 电路如图8—4所示。
图8-4 减法运算电路 5、积分运算电路 电路如图8-5所示。 图8-5 枳分运算电路 坯")=一為f Vc(O) 如果v@)是幅值为E的阶跃电斥，并设v c(0>0,则 vM = ~^cf0Edt = ~^c l 实验前要看清运放组件各管脚的位置：切忌止负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。 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，进行调冬和消振。
2)输入fMOOHz, Vi=O?5V的d ；号，测量相应的V。并用示波器观察％和可的相h 乩记入表8—1。 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8-2o 2) 按图8-3(a)中的Ri断开，得图8-3(b)电路重复内容1)。 1) 按图8-2连接实验电路。调零利消振。 2) 输入信号釆用直流信号，图8-6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。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V, V辽及输出电压Vo，记入表8—3。 +5V 图8-6简易可调直流信号源
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 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 （3) 同相比例运算电路 图7－3(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 i 1 F O U R R U -=
当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图7－3(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10KΩ， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性 （4) 差动放大电路（减法器） 对于图7-4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 （1 （2 U 和 2、同相比例运算电路 （1）按图7－3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表7－2。 (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。和U i的相位关系，记入表7-2。 3、反相加法运算电路 (1)按图7－2连接实验电路。调零和消振。 (2）从2个-5v～+5v的直流电源分别输入自拟的电压作为U i1和U i2 输入信号,测量输 出电压U ,分别填入表7-3中。 4、减法运算电路
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
第七章集成运放的应用 7．1在下列描述中错误的是[ ] A 级联放大器的带宽比各级放大器带宽小 B 负反馈的引入可以起到展宽放大器频带的作用 C 集成运算放大器电路中广泛采用了以电流源为负载的放大器结构 D 理想运放在线性与非线性工作区均有虚断、虚短两个重要特性 7．2在输入信号从极小到极大的一次变化过程中，迟滞比较器的输出会发生[ ]次翻转。 A 0 B 1 C 2 D 3 7．3希望抑制1KHz以下的信号，应采用的滤波电路是[ ] A.低通滤波电路 B. 高通滤波电路 C.带通滤波电路 D. 带阻滤波电路 7．4有用信号频率为7Hz,应采用的滤波电路是[ ] A.低通滤波电路 B. 高通滤波电路 C.带通滤波电路 D. 带阻滤波电路 7.5 填空 1．比例运算电路的输入电流基本上等于流过反馈电阻的电流，而比例运算电路的输入电流几乎等于零。（同相，反相） 2．反相比例放大电路的输入电阻较，同相比例放大电路的输入电阻较。（高，低） 3．在进行反相比例放大时，集成运放两个输入端的共模信号u IC = ；若 同相输入端接u 1，则由集成运放组成的比例放大电路的共模信号u IC = 。 7.6 试从 a.低通滤波电路，b.高通滤波电路，c.带通滤波电路，d.带阻滤波电 路四种电路名称中选择一种填写下列各空； 1．在理想情况下，在f=0和f→∞时的电压放大倍数相等，且不为零； 2．在f=0和f→∞时，电压放大倍数都等于零。 3．的直流电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。 4．在理想情况下，在f→∞时的电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。 7.7 在负反馈运算放大电路的三种输入方式（a.反相输入，b.同相输入，c.差动输入）中，选择合适的方式填入下面的空格。（以下各题均只在单个运放电路且反馈网络为线性电阻的范围内讨论问题）
单电源供电集成运算放大器的电路及其应用 文章包括以下四个部分 一、单电源运放应用：基础知识 二、单电源运放应用：基本电路 三、单电源运算放大器电路应用：滤波 四、单电源运算放大器的偏置与去耦电路设计 大多数集成运算放大器电略部采用正、负对称的双电源供电，在只有一组电源的情况下，集成运算放大器也能正常工作。图1所示为两种采用单电源供电的供电电路。 采用单电源对集成这算放大器供电的常用方法是，把集成运算放大器两输入端电位抬高（且通常抬高至电源电压的一半，即E＋/2），抬高后的这个电位就相当于双电源供电时的“地”电位，因此在静态工作时，输出端的电位也将等于两输入端的静态电位，即E＋/2。 图中，集成运算放大器两输入端抬高的电压由R4、R5对电源分压后产生，约等于E+ /2；C2为滤波电容；C1和C3分别为输入、输出隔直电容。为了减小输入失调电流的影响，图1（a）中R1应等于R2与R4的并联值，图1（b）中R1应等于R2与R3的并联值。 图1（a）为反相输入方式，电路的交流放大倍数为R4/R3=100倍；图1（b）为同相输入方式，电路的交流放大倍数为R3/R2=10倍。
单电源运放应用图集(一)：基础知识 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1．1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC －，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC ＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节) 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电电压也可以是3V 也或者会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中使用的运放