下载文档原格式
运算放大电路实验报告运算放大电路实验报告引言运算放大电路是电子工程领域中一种常见的电路，它广泛应用于信号放大、滤波、积分、微分等功能。
本实验旨在通过搭建运算放大电路并进行实际测试，探究其工作原理和特性。
实验目的1. 了解运算放大电路的基本原理和组成结构；2. 熟悉运算放大电路的实际搭建和调试方法；3. 掌握运算放大电路的特性参数测量方法。
实验器材1. 运算放大器（OP-AMP）；2. 电阻、电容等元件；3. 示波器、函数发生器等测试仪器。
实验步骤1. 搭建基本的非反馈运算放大电路。
将运算放大器的正、负输入端分别连接到电压源和接地，输出端接入负载电阻。
根据实验要求选择适当的电阻值，并使用示波器检测输出信号。
2. 测试运算放大器的放大倍数。
将输入信号接入运算放大器的正输入端，通过函数发生器输入不同频率和幅度的信号，并测量输出信号的幅度。
根据测量结果计算得到运算放大器的放大倍数。
3. 探究运算放大器的输入阻抗和输出阻抗。
使用电压源作为输入信号，通过改变输入电阻的值，测量输入电压和输出电压之间的关系。
同样地，通过改变负载电阻的值，测量输出电压和负载电阻之间的关系。
分析测量结果，得出运算放大器的输入阻抗和输出阻抗。
4. 实现运算放大器的反相放大功能。
在基本的非反馈运算放大电路的基础上，引入反馈电阻，并调整电阻的值，使得输出信号与输入信号呈反相关系。
通过示波器观察和测量输入信号和输出信号的波形，验证反相放大的功能。
实验结果与分析1. 在搭建基本的非反馈运算放大电路后，通过示波器观察到输出信号与输入信号具有相同的波形，且幅度有所放大。
这表明运算放大器实现了信号的放大功能。
2. 在测试运算放大器的放大倍数时，发现输出信号的幅度与输入信号的幅度成正比。
根据测量数据计算得到的放大倍数与理论值相符合，说明运算放大器具有较好的放大性能。
3. 通过测量输入电压和输出电压之间的关系，得到运算放大器的输入阻抗约为几十兆欧姆，说明输入电阻较高，不会对输入信号产生较大的负载效应。
运算放大器参数说明及选型指南一、运放的参数说明：1.增益：运算放大器的增益是指输出信号与输入信号之间的比值，通常用V/V表示。
增益可以是固定的，也可以是可调的。
增益决定了输出信号相对于输入信号的放大程度。
2.带宽：运算放大器的带宽是指在其增益达到-3dB时的频率范围。
带宽决定了运放的工作频率范围，对于高频应用，需要选择具有宽带宽的运放。
3.输入偏置电压：输入偏置电压是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电压。
输入偏置电压可能会引入偏置误差，对于精密测量电路，需要选择输入偏置电压尽可能小的运放。
4.输入偏置电流：输入偏置电流是指在无输入信号时，运放输入端的直流偏置电流。
输入偏置电流可能会引起输入端的电平漂移，对于高精度应用，需要选择输入偏置电流尽可能小的运放。
5.输入偏置电流温漂：输入偏置电流温漂是指输入偏置电流随温度变化的比例。
输入偏置电流温漂可能会导致运放的工作点发生变化，对于温度变化较大的应用，需要选择输入偏置电流温漂较小的运放。
6.输入噪声：输入噪声是指在无输入信号时，运放输入端产生的噪声。
输入噪声可能会影响信号的纯净度，对于低噪声应用，需要选择输入噪声较低的运放。
7.输出电流：输出电流是指运放输出端提供的最大电流。
输出电流决定了运放的输出能力，在驱动负载电流较大的应用中，需要选择输出电流较大的运放。
8.输出电压：输出电压是指运放输出端能够提供的最大电压。
输出电压决定了运放的输出范围，在需要大幅度信号放大的应用中，需要选择输出电压较大的运放。
二、选型指南：1.确定应用需求：根据实际应用需求确定所需的放大倍数、带宽、输入/输出电压等参数。
例如，对于音频放大器，需要考虑音频频率范围、输出功率等因素。
2.选择性能指标：根据应用需求选择合适的性能指标。
不同应用对各个参数的要求可能会有所差异，需根据实际情况进行权衡与选择。
3.查询产品手册：查询供应商的产品手册或网站，获取相关产品的详细参数信息。
产品手册通常会提供各项参数的典型值和极限值，可以用于评估是否满足需求。
最经典的运算放大器使用总结范文模板及概述1. 引言1.1 概述运算放大器是一种广泛应用于电子电路中的基本器件，其功能强大而多样化。
它可以作为信号放大、滤波、求和、积分等功能的实现元件，在现代电子技术领域扮演着重要角色。
本文将对运算放大器的基本原理进行介绍，并总结常见的运算放大器电路以及对其应用案例进行分析。
1.2 文章结构本文共包括五个部分，具体内容如下：第二部分将详细介绍运算放大器的基本原理，包括输入输出特性、反馈和放大模式以及开环增益和带宽等方面。
第三部分将列举和解析常见的运算放大器电路，包括非反向放大器、反向放大器和差分放大器等。
第四部分将从实际应用角度出发，通过案例分析来展示运算放大器在信号调理、滤波以及定时和频率测量等领域中的具体应用。
最后一部分将对全文进行总结与结论，并回顾主要观点，探讨其实际应用价值以及未来发展方向。
1.3 目的本文旨在对运算放大器的使用进行全面总结和概述，通过深入剖析运算放大器的基本原理以及常见电路和应用案例，帮助读者深入理解运算放大器的工作原理，掌握其实际应用的技巧和方法，并为未来的研究和发展提供参考。
同时，通过撰写此文档，使读者能够更好地学习和运用运算放大器这一重要元件。
2. 运算放大器基本原理2.1 输入和输出特性运算放大器是一种电子设备，它可以将输入信号进行放大并提供高增益输出。
通常情况下，运算放大器有两个输入端口：非反向输入端口（+IN）和反向输入端口（-IN），以及一个单独的输出端口。
对于理想的运算放大器来说，它具有以下特性：- 高增益：运算放大器的主要功能之一是提供高增益。
在理想情况下，其增益可以无限大。
- 高输入阻抗：运算放大器具有高电阻特性，使其能够接受各种类型的输入信号源，并不对其产生明显的影响。
- 低输出阻抗：运算放大器具有低输出阻抗，这意味着它可以驱动连接在其输出端的负载电阻而不会产生太多失真。
2.2 反馈和放大模式反馈是指将部分输出信号再次添加到输入端口的过程。
运算放大器参数测试的方法
1979 年1 月，《电子测试》发表了一篇文章称，一款单个测试电路可执行对任何运算放大器全面检查所需的所有标准DC测试。
单个测试电路在那个时候可能够用，但今天并非如此，因为现代运算放大器具有更全面的规范。
因此，单个测试电路不再包揽所有DC测试。
现在经常使用三种测试电路拓扑对运算放大器DC参数进行工作台及生产测试。
这三种拓扑为(1)双运算放大器测试环路、(2)自测试环路(有时称故障求和点测试环路)和(3)三运算放大器环路。
您可使用这些电路测试DC参数，其中包括静态电流(IQ)、电压失调(VOS)、电源抑制比(PSRR)、共模抑制比(CMRR)以及DC开环增益(AOL)。
静态电流
静态电流是指器件输出电流等于零时其所消耗的电流。
尽管IQ测试看起来相当简单，但也必须注意确保良好的结果，尤其是在处理极高或极低IQ部件时。
图1是可用来测试IQ及其它参数的三种实用电路，其必须考虑若干负载电流情况。
这包括测试环路中的反馈电流。
实际上，反馈电阻器Rf也能给器件带来负载，影响IQ 测量。
图1这三款电路可用来测量静态电流(IQ)。
几种运算放大器比较器及电路的简单分析运算放大器和比较器是两种常见的电子元件，它们在电路中具有不同的功能。
本文将对这两种电子元件进行简单的分析和比较。
一、运算放大器运算放大器是一种用于放大电压信号的电子设备。
它具有高放大倍数和低失真的特点，常被用于放大微弱的输入信号。
运算放大器一般由多级放大电路组成，其中包括差动输入级、差动放大级、共射放大级和输出级。
运算放大器具有以下几个特点：1.高放大倍数：运算放大器通常具有很高的开环放大倍数，可以放大微小的输入信号。
2.低失真：运算放大器的差分输入电阻和输入容量很低，从而减小了输入信号的失真。
3.稳定性好：运算放大器具有很好的直流稳定性和交流稳定性，使其能够在不同的负载条件下稳定工作。
4.大信号驱动能力：运算放大器能够输出较大的电流和电压，可以驱动各种负载。
5.可调增益：运算放大器通常具有可调的增益，可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件来改变放大倍数。
运算放大器常被应用于放大、滤波、积分、微分和开关等电路中，常见的应用有示波器、滤波器和反馈电路等。
二、比较器比较器是一种用于比较两个电压的电子元件。
它具有高增益和快速响应的特点，常被用于判断输入信号的大小关系。
比较器通常由不同类型的放大电路和判决电路组成，常见的比较器有有限增益比较器、开环比较器和比率比较器等。
比较器具有以下几个特点：1.高增益：比较器通常具有很高的增益，可以放大微小的输入差异。
2.快速响应：比较器的响应时间很短，可以快速判断输入信号的大小关系。
3.可调阈值：比较器可以通过调节电阻、电容或反馈电阻等元件，改变阈值的位置。
4.高输入阻抗：比较器的输入阻抗很高，可以减小输入电路对比较器的影响。
比较器常被应用于开关、报警、触发器和AD转换等电路中，常见的应用有电压比较器、窗口比较器等。
三、运算放大器与比较器的比较虽然运算放大器和比较器都是电路中常用的电子元件，但它们在功能和特性上有一些不同之处。
1.功能：运算放大器的主要功能是放大信号，而比较器的主要功能是比较电压。
运放电路分析2篇文章一：运放电路分析运放，即运算放大器，是一种基本电路元件。
它具有高输入阻抗、高增益、低输出阻抗、广泛的频率响应等特点，可用于放大信号、调节信号、滤波、积分、微分等多种电路应用。
因此，在各种电子设备和系统中广泛应用。
本文将对运放电路进行分析。
首先介绍运放工作原理，然后分析运放的输入输出特性，最后讨论运放电路的应用。
1. 运放工作原理运放一般由差分放大器、电流源和输出级构成。
差分放大器又包括输入级和差动放大器。
输入级主要起到为差动放大器提供稳定的直流工作点和去掉输入信号的电源干扰。
差动放大器是运放的核心部分，它对输入信号进行放大并产生反相输出和同相输出。
电流源提供恒定的电流极化，确保运放正常工作。
输出级将放大后的信号放大、过滤及驱动负载。
2. 运放的输入输出特性在输入信号较小的时候，运放的输出与输入的差异是放大倍数。
放大倍数等于输出电压与输入电压的比值。
振幅越大的输入信号，放大倍数就越小。
这是因为运放的输出已经达到最大值，不能进一步增加。
另外，运放有一个输出的输入阈值。
当输入信号达到这个阈值时，运放就会饱和，输出电压不再随输入电压的变化而变化。
饱和区的输出电压取决于运放的电源电压和极限摆幅。
若输入信号超出了这个范围，运放就无法正确工作。
此外，运放有一定的偏移电压和失调电流。
偏移电压是指输入信号为0时输出的电压，失调电流是指同相输入端和反相输入端之间的电流差异。
这些都会对运放的放大效果造成一定的影响。
3. 运放电路的应用运放电路有多种重要的应用。
其中，最常见的是用运放进行模拟信号放大。
它可以放大传感器、放大信号成形和调节等。
另外，运放也可以用于数字信号处理，如信号调理和滤波。
它还可以用于比较器电路、振荡电路、积分电路、微分电路等。
总的来说，运放电路广泛应用于电子工程、通信、控制、计算机等领域。
深入理解运放电路的工作原理和输入输出特性对设计和应用电路非常重要。
文章二：运放电路的几种经典应用运放电路是电子系统中非常重要的元件之一。
运算放大器工作原理
运算放大器是一种高增益、差分输入的电子放大器，主要用于信号的放大、滤波等处理。
其工作原理可以简单描述如下：
1. 差分输入：运算放大器有两个输入口，即非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
信号通过非反相输入端和反相输入端输入，差分输入的电压将决定放大器的输出。
2. 差动放大：运算放大器通过差分放大电路实现信号的差动放大。
差分放大电路由输入级、中间级和输出级组成。
输入级主要负责放大输入信号，中间级进行整流、滤波等处理，输出级将放大后的信号输出。
3. 负反馈：运算放大器通常采用负反馈电路来稳定其增益和线性度。
负反馈电路将输出信号与输入信号进行比较，并通过反馈路径将差异减小，使放大器输出更加稳定和线性。
4. 输入阻抗高：运算放大器的输入阻抗很高，可以忽略输入电流。
这使得运算放大器可以与各种信号源连接而不影响信号源的输出。
5. 输出驱动能力强：运算放大器具有较低的输出阻抗和较高的输出电流能力，能够有效地驱动各种负载。
6. 可调节增益：运算放大器具有可调节的增益，可以通过调节反馈电阻等参数来实现不同的放大倍数。
7. 常用应用：运算放大器在模拟电路中广泛应用，如信号调理、滤波、运算、比较等。
同时，它还可以作为反馈电路中的基本组件，用于构建各种功能的反馈电路。
确定运算放大器输出驱动能力的方法分析上网时间 : 2007年03月09日 打印版推荐给同仁发送查询在电路中选择运算放大器(运放)来实现某一特定功能时，最具挑战性的选择标准之一是输出电流或负载驱动能力。
运放的大多数性能参数通常都会在数据手册、性能图或应用指南中明确地给出。
设计者须根据输出电流并同时参考运放的其他各类参数，以满足数据手册中所规定的产品性能。
不同半导体制造商所提供的器件之间，甚至同一家制造商所提供的不同器件之间的输出电流都存在很大区别，这使得运放的设计和应用变得更加复杂。
本文将通过一些实例讲解如何根据运放的性能参数对所需进行设计的电路的驱动能力进行评估，从而帮助设计者确保自己所选择的产品，在所有情况下都具有足够的负载驱动能力。
哪些因素影响驱动能力输出驱动能力是一系列内部和外部设定值或条件的函数。
输出级的偏置电流、驱动级、结构和工艺都属于内部因素。
一旦选择了一种器件来实现某一特定的功能，设计者就无法再改变这些影响输出驱动能力的内部条件。
大多数低功耗运放的输出驱动能力较差，其中一个原因就是它们的输出级的偏置电流较小。
另一方面，高速运放通常具有较高的驱动能力，可满足高速电路的低阻要求。
高速运放通常具有较高的电源工作电流，这也会提高输出驱动能力。
传统上，集成化PNP 级比NPN 晶体管的性能要差。
在这样的工艺下，PNP 输出晶体管与NPN 相比，越低的β值，意味着输出驱动能力会不平衡。
满摆幅输出的运放通常会将晶体管的集电极作为输出管脚，性能较差的PNP 管会导致提供源电流(source current)的能力比提供阱电流(sink current)的能力差。
对于非满摆幅器件，情况恰好相反，由于大多数器件使用PNP 晶体管的发射极输出，大大地影响了阱电流特性，因此它们输出阱电流的能力较差。
而且，当估计器件的输出电流能力时，器件之间的性能波动也应考虑在内。
因此设计者在基于"典型的"数据手册规范选择器件的同时，还必须考虑"限值"和"最小"规范，以确保所使用的每个器件在生产时都具有足够的驱动能力。
除上面所列的内部因素之外，一些外部因素也会影响驱动能力。
其中一些能够被控制，以优化输出驱动能力，而其余的就很难控制。
下面列出了影响输出驱动能力的外部因素：相对于相应电源电压的输出电压余量(相对于电源电压的差值)；输入过驱动电压；总电源电压；直流与交流耦合负载；结温。
输出驱动能力通常以输出短路电流的形式给出。
此时，制造商指定当输出接地(在单电源供电的情况下为1/2电源电压，称作"V s /2")时所能提供的电流值。
制造商可能会提供两个数值，一个代表源电流(通常前面会有"+")，另一个代表阱电流(通常前面会有"-")。
在负载上电压摆幅很小的应用中，输出级驱动器相对于电源电压(源电流为V+，漏电流为V-)会有很大的电压差，此时用户能够使用这一数据来有效地预测此运放的性能。
试想运放带一个很大负载并且该负载被一个接近地(或在单电源情况下为V s /2)的电压驱动的情况。
如果放大级的负载是逐步变化的，能向负载提供的电流将与运放数据手册中"输出短路电流"所给出的电流值一致。
一旦输出开始随之改变，将发生两个情况：运放的输出电压余量减小；运放的输入过驱动电压减小。
由于前一个原因所能提供的输出电流将减小，这还与运放的设计有关，如后者中所述，过驱动电压的减小也会引起输出电流的减小。
另一种更有用的确定电流能力的方法，是使用输出电流和输出电压图。
图1显示了美国国家半导体公司的LMH6642的输出电流和输出电压图。
对于大多数器件，通常会对源电流(图1a)和阱电流(图1b)这两种情况分别给出一张图。
图1：LMH6642的输出特征。
使用这种图，就能够估算出对于给定的输出摆幅运放所能提供的电流。
这些图由半导体制造商提供，用来显示放大器的输出电流能力与输出电压之间的关系。
请注意，在图1中，描述了"来自V+的V out"与输出源电流的关系，以及"来自V-的V out"与输出阱电流的关系。
用这种方法来表示数据的原因之一是，和输出电压相对于地的表示方法相比，它能被更容易地应用于单电源或双电源操作。
另一个原因是由于电压余量比总的电源电压对于输出电流的影响要大得多，因此对于任意的电源电压，即使在数据手册上找不到精确对应的条件，这种数据手册示方法也能使设计者通过一组最接近的曲线来进行粗略的计算。
图1能够用来预测一个给定负载上的电压摆幅。
如果坐标轴是线性的，设计者只需要在图1的特征曲线上加上一条负载曲线，通过这两条曲线的交点就能确定电压摆幅。
但如图所示，很多情况下，尤其当运放是满摆幅输出时，两条坐标轴都使用对数坐标，以使得在输出电流很小、输出只有几毫伏的情况下，曲线也能有较好的分辨率。
在对数坐标下，负载曲线不再是一条简单的直线，将不容易画出。
那么如何才能预测一个给定负载的输出摆幅呢？如果设计师愿意花些时间在器件性能和外部电路要求之间反复进行摆幅预测，会得到一个十分精确的结果。
这里，我将利用一些实例说明如何进行这种预测。
图2：预测给定负载上的输出电压摆幅的实例。
考虑如图2a的应用，其中LMH6642被用来驱动一个R L=100Ω并与V s/2(1/2电源电压)相连的负载。
假设此情况下LMH6642的输出被偏置在V s/2或5V：问题是设计师能够使用图1中所示的LMH6642的数据来估计可能的最大输出摆幅吗？答案是肯定的。
为了估计摆幅，要创建一张表(表1)，它由输出摆幅的初始猜测值开始(第2列)，接着是对猜测值的一系列修正(比较第3列和第5列，结果由第6列显示)。
表1：使用迭代来预测图2a的输出摆幅(LMH6642)。
重复这一过程，直至在所给的条件下，器件特性与负载要求一致，便在第2列的底部得到了最终的结果，这样就完成了对摆幅的估算。
因此，表１中的反复结果显示，图2a中的电路能在100Ω的负载上产生最高8.75V的电压。
转换成峰峰值是7.5V PP{=(8.75-5)V x 2=7.5V PP}。
下面列出了表1中所使用方法的一些注意事项：对于图2a中的电路，只能提供源电流。
因此，只使用了图1a。
在每种情况下，在图1中假设最差的温度情况来计算第5列的数值。
第5列中的数值是在图1a中将第4列的值作为y轴，然后从图中读出的。
第2列中的最终结果，也就是第4次迭代的值，还是一个近似解，因为第3列(87.5mA)中的数值仍比第5列(90mA)低。
但是，图中的分辨率已经不允许再对这个结果进行细调。
现在我们对刚才讨论的实例稍做变化，假设LMH6642的输出负载不变，但信号经过交流耦合的情况，如图2b所示。
预测输出摆幅的方法与前面相同，只是由于交流耦合负载只能"看到"信号的摆幅，输出电压的直流分量(偏置)被交流耦合电容阻挡，因此表中的一些条目(第3列)需要被修改。
此外，还要注意交流耦合负载需要LMH6642的输出能接受和提供电流(与图2a中只需要输出提供电流的应用不同)。
因此，选择源电流和漏电流特征中较小的一个数值，填入表2中的第5列。
表2：使用迭代预测图2b的输出摆幅。
第2列中的最终结果(9.6V)对应于交流耦合负载上9.2V PP{=(9.6-5)V*2=9.2V pp}的输出摆幅，像所预期的那样，要比前面所讨论的直流耦合负载的实例中的值(7.5V PP)大，原因是没有直流负载。
使用这些可选的输出能力图估算摆幅的过程，与前面给出的实例十分相似，都是使用反复方式对初始的猜测值进行细调。
如何测量输出参数运放数据手册中的输出参数通常用一些根据合理数量的单位计算出的图来表示。
数据手册中的图可以说是属于"线性"工作区，因为它们显示的是闭环工作条件下的典型特征。
当然，大多数运放是在闭环条件下工作的，但是在某些特定的应用中，也需要在开环条件下工作。
这意味着运放不能像通常那样，保持输入端之间的电压差为0。
这是由于快速的输入变化要求运放的输出在很短的时间内改变。
这就是说，环路是开放的，同时输出向最终值变化，在这段时间内，输入端之间会有一个很大的电压差。
一旦达到最终的输出值，输入电压差又会再次减小到非常接近于0V(即输出电压除以运放很大的开环增益)。
像前面所解释的那样，一些运放由于架构的原因，在"开环"条件下能明显地提供更高的电流。
但是在被用来在一个负载上维持一定量的电压摆幅这样的稳定正常的闭环条件下，输出电流能力必须在很小的输入过驱动电压条件下被确定。
输入过驱动电压要大于运放输入级的输入失调电压，但不能太大，否则会影响电流能力。
为了得到输出特征图，制造商会使用开环或闭环结构进行测量。
只要遵循输入过驱动电压的要求，得到的结果是相同的。
如图3a所示，在测量开环输出电流时，待测器件(DUT)的输出连接一个可变的电流源(或电流沉)发生器(G o)，并由双电源供电。
图3：测量输出特征。
只需在输入端施加足够的差分电压，来克服输入失调电压并"产生"输出(对于源电流能力的测试，朝向正电源；对于输出阱电流的测试，朝向负电源)。
此电压被称作"输入过驱动电压"(V ID)。
大多数运放需要大约20mV左右的输入过驱动电压来达到完全电流输出能力。
为了支持较小的输出失真，在指定输出电流时，输入过驱动电压应小于+/-20mV。
在这些条件下，输出电流源(电流阱)发生器可以在适当的范围内进行扫描，并且记录每个扫描点的输出电压。
将输出电压(直接给出或是与之对应的电源电压之间的关系)与对应的发生器的输出电流画在图上，就得到了输出特征图。
如果允许电流源(电流阱)发生器提供一个足够大的电流，最终得到的点的输出电压会精确地等于V+和V-之和的1/2(在电源对称的系统中就是地)。
这一点对应的电流值就是数据手册上的"输出短路电流"，大多数运放的数据手册中通常会提供这个数值。
如图1所示，输出短路电流大约为100mA，与之相对应的纵轴坐标为5V(对于+/-5V的电源)。
图3b中的设置与图3a中的相似，也能被用来测量输出特征。
两种设置的差别在于，在图3b的电路中，DUT的环路通过R F和R G闭合。
为了测量一个给定V OUT下的输出电流能力，需要设置适当的V IN来得到所需的V OUT。
G o会一直增大直到达到所需的输入过驱动电压(V ID)(通常小于+/-20mV，并大于输入失调电压，其值可以通过V OUT的下降(ΔV OUT)测得)。
R F和R G的数值已知情况下，输入过驱动电压(V ID)与V OUT下降之间的关系为：V ID= ( V OUT/(1+R F/R G)，其中( V OUT是由于G o增大所引起的V OUT的变化例如，当R F=10K、R G=1K时，如果V in =-0.3V，则输出将为3V。
