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集成电路运算放大器实验教案0. 前言集成电路运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一种非常重要的电子元器件，由于其方便的使用和高性能，成为学习电子技术的必备件之一。
在工程实践中，Op Amp被广泛应用于斯密特触发器、积分与微分电路、滤波器等电路中，因此掌握Op Amp的基础知识和实验技能对于电子信息专业的学生非常重要。
本次实验的目的是帮助学生掌握Op Amp的基本操作，理解阻容耦合放大器、反相放大器、非反相放大器、比例放大器和积分放大器等Op Amp的基础电路，并通过实际的电路组装和测试来加深对Op Amp的理解和应用。
1.实验名称集成电路运算放大器实验教案2.实验目的(1) 了解Op Amp的原理与基本电路。
(2) 掌握Op Amp放大电路的组装方法。
(3) 掌握Op Amp放大电路的测试与分析方法。
(4) 提高学生实验操作能力和实践能力。
3.实验器材（1）直流电源（5V、+12V、-12V）（2）信号发生器（正弦波、矩形波、三角波）（3）万用表（4）面包板及连线（5）集成电路运算放大器（OP27、LM741、TL081等）（6）小型陶瓷电容（0.1μF、0.22μF等）（7）小型金属膜电阻（1kΩ、10kΩ等）4.实验步骤(1) 实验前准备：将面包板上的信号发生器、万用表、电源及Op Amp等器件连通，保证电源正极与电源标记对应，信号输入口与信号发生器对应，输出端口与万用表对应，Op Amp的正负电源和信号输入和输出对应。
(2) 阻容耦合放大器：阻容耦合放大器是指由Op Amp和若干个电阻、电容组成的电路。
将Op Amp的正电源连接到+12V，负电源连接到-12V，电容C1连接到Op Amp的负输入端，C2连接到Op Amp的输出端，R1连接到Op Amp的正输入端和电源的+12V端，R2连接到Op Amp的正输入端和C1的另一端。
分别通过正弦波和矩形波输入信号，观察输出信号。
集成运放应用课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解集成运放的基本工作原理和特点。
2. 学生能掌握集成运放电路的基本组成部分及其功能。
3. 学生能掌握集成运放在模拟信号处理中的应用，如放大、滤波、积分和微分等。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的集成运放电路。
2. 学生能通过实验操作，验证集成运放电路的功能和性能。
3. 学生能运用仿真软件，对集成运放电路进行模拟和调试。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术的兴趣，增强学习动力。
2. 学生树立团队协作意识，提高沟通与协作能力。
3. 学生养成严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性。
课程性质：本课程为电子技术专业课程，旨在让学生掌握集成运放的基本原理和应用，提高学生的实践操作能力和创新能力。
学生特点：学生已具备一定的电子技术基础知识，具有较强的学习能力和动手能力，但对集成运放的了解较少。
教学要求：注重理论与实践相结合，通过课堂讲解、实验操作和仿真设计，使学生全面掌握集成运放的应用。
同时，注重培养学生的团队协作能力和科学素养。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 集成运放基础知识：介绍集成运放的基本原理、组成部分、类型及主要参数。
- 教材章节：第3章“集成运算放大器”2. 集成运放的线性应用：讲解集成运放在模拟信号放大、滤波、积分和微分等方面的应用。
- 教材章节：第4章“运算放大器的线性应用”3. 集成运放的非线性应用：介绍集成运放的非线性应用，如比较器、方波发生器等。
- 教材章节：第5章“运算放大器的非线性应用”4. 集成运放电路设计：结合实际案例，教授如何设计集成运放电路。
- 教材章节：第6章“运算放大器电路设计”5. 仿真与实验：利用仿真软件和实验设备，对集成运放电路进行模拟、调试和验证。
- 教材章节：第7章“运算放大器的仿真与实验”教学内容安排与进度：1. 基础知识学习（2课时）2. 线性应用学习（4课时）3. 非线性应用学习（2课时）4. 电路设计学习（4课时）5. 仿真与实验操作（4课时）教学内容科学性和系统性相结合，注重理论与实践相结合，使学生在掌握理论知识的基础上，提高实践操作能力。
教案共7页第2页共7页第3页共7页第4页教师活动和教学内容学生活动备注2、电路分析：（引导学生分析电路，并板书结论）（1）分析i-与i+的大小：根据“虚断”的特性，两输入电流均为0；（2）分析U P及Un的大小：因为i+=0，R2两端的电压为0，即U P=0；根据“虚短”的特性，Un=Up=0。
（3）分析U0与Ui之间的关系：由节点电流定律得：i1= i- +＝i f i1= （Ui －Un）／Ｒ１＝Ui ／Ｒ１i f＝（Ｕｎ－Ｕｏ）／Ｒｆ＝－Ｕｏ／Ｒｆ即：Ａｕｆ＝ＵＯ／Ｕｉ＝－Ｒｆ／Ｒ１——放大倍数只与外电路参数有关，与集成运算放大器本身没有关系。
（4）放大倍数为“—”的含义：输出电压与输入电压相位相反；解释比例运算的含义。
（5）分析Ｒ２的作用及大小：集成运放输入级利用差分放大器的对称性抑制零漂，在集成运放内部是对称的，但是反相输入端的外部联接了Ｒ１和Ｒｆ，所以为了保证差分放大器仍然对称，学生跟随老师，利用集成运放的特性及电工基本定律，分析电路并进行相关量的计算回顾集成运放的输入级电路及其特性，分析R2的作用及大小共7页第５页教师活动和教学内容学生活动备注就要在同相输入端电阻加Ｒ２，称为平衡电阻。
Ｒ２＝Ｒ１∥Ｒｆ3、典型应用电路：选取R1=Rf=R时，Auf＝Uo／Ｕi＝－１即：输出电压与输入电压大小相等，相位相反——反相器。
４、练习：（引导学生，讨论分析、发现学生的问题并帮助解决）练习一：电路如图，分析、计算输出电压与输入量之间的关系。
并确定Ｒ３的大小。
总结：１、点评学生分析过程中存在的问题，引起注意；２、总结分析过程，点评学生结论；３、结论：Ｕｏ＝－（Ｕｉ１＋Ｕｉ２）Ｒｆ／Ｒ（二）同相比例运算（教法：引导学生讨论、分析电路，并得出结论）１、电路组成：（板书电路图）学习分析并记忆学生讨论、分析练习画图，并观察与反相比例运算电路的异同共7页第６页教师活动和教学内容学生活动备注２、电路分析：引导学生讨论、分析，（１）：分析反馈类型；（２）：Ｕｐ与Ｕｎ的关系及大小，ｉ＋、ｉ－的大小；（３）：ｉ１、ｉｆ、ｉ－的关系，并根据它们计算Ａｕｆ；（４）：根据Ａｕｆ判断电路的功能；（５）：电阻Ｒ２的作用及大小。
第4章集成运算放大器
本章要求：1．了解集成运算放大电路的组成与特点。
2．熟悉运算放大器的图形符号和工作特点。
3．掌握运算放大器闭环和开环状态下的分析方法。
4．熟悉单门限比较器、双门限比较器的组成和工作原理。
本章重点：集成运放的符号、特点及其分析方法。
本章难点：集成运放的线性和非线性应用。
教学时数：4学时
教学方法：自学+多媒体教学
4.1 集成运算放大器简介
一、集成运算放大器的组成
1、输入级：输入电阻高，能减
小零点漂移和抑制干扰信号，都采用
带恒流源的差放。
2、中间级：要求电压放大倍数高。
常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。
3、输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
4、偏置电路：向集成运放内部各级电路提供即合适又稳定的静态工作点电流，一般由各种电流源电路构成。
二、集成运放电路的图形符号及外形教学方法说明
导入新课：
利用多媒体演示实际生产生活中集成运算放大器的外形和应用实例。
在讲集成运放的符号时，注意提醒学生旧的或国外的其他画法，如三
三、集成运放的理想化条件
1、开环电压放大倍数趋于无穷，A uo® ¥ 。
2、差模输入电阻趋于无穷，r id ® ¥。
3、开环输出电阻趋于0，r o® 0 。
4、共模抑制比趋于无穷，K CMR® ¥ 。
三、理想运放的两个重要结论
1、虚短----净输入电压u p－u N=0，即u p=u N 。
2、虚断----两个输入端的输入电流为零，即i p=i N=0。
小结：
1、集成运算放大电路的组成及各部分电路的作用。
2、集成运算放大电路的图形符号及含义。
3、集成运算放大电路的理想化条件。
4、虚断和虚短。
布置作业：看书角形画法。
注意讲
清符号中各个部分的含义。
对于理想运放的“虚断”和“虚短”，要说清物理含义，阐明来龙去脉。
4.2 集成运放的线性应用
一、比例运算电路
1、反相比例运算
（1）电路组成：
----输入信号和反馈信号都
加在集成运放的反相输入端。
* Rf为反馈电阻。
* R2为平衡电阻，取值为R2=R1//Rf，抑制零点漂移。
复习虚短和虚断的特点。
引导学生自行推出反相比例运算的特点。
（2）输出与输入信号的关系 因虚断，i += i – = 0 ， 所以 i 1 » i f
因虚短, 所以u –=u += 0，称反相输入端“虚地”— 反相输入的重要特点。
（3）电路特点：
① A u f 为负值，即 u o 与 u i 极性相反。
因为 u i 加在反相输入端。
② A u f 只与外部电阻 R 1、R F 有关，与运放本 身参数无关。
③ | A u f | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
④ 因u –= u += 0 ， 所以反相输入端“虚地”。
⑤ 电压并联负反馈，输入、输出电阻低，r i = R 1。
共模输入电压低。
2、同相比例运算 （1）电路组成
平衡电阻R 2=R 1//R F
（2）输出与输入信号的关系 因虚断，所以u + = u i 因虚短，所以 u – = u i ，
反相输入端不“虚地”
（3）电路特点
引导学生根据反相比例运算电路
的推导过程，来推出同相比例运算的输出和输入的关系及电路特点。
复习基尔霍夫定律。
学生自行分析
输出与输入的关系。
F
o f R u u i -=
-i
1
F o u R R
u -=1
F i o f R R u u A u -==
o
F
11
u R R R u +=
-i
1F o )1(u R R
u +=1
F i o f 1R R u u A u +==
① A u f 为正值，即 u o 与 u i 极性相同。
因为 u i 加在同相输入端。
② A u f 只与外部电阻 R 1、R F 有关，与运放本 身参数无关。
③ A u f ≥ 1 ，不能小于 1 。
④u – = u + ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
⑤电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。
二、和差运算电路 1、反相求和电路 （1）电路组成
----增加多个输入信号 （2）输出与输入关系
如果使R 1 = R 2 =R 3 = R ，则
如果使R f = R ，则 2、差动输入电路 （1）电路组成
----减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。
（2）输出与输入关系
----利用叠加原理
复习叠加原理的解题方法。
教师引导 教师引导
教师提问，学生回答。
)///(3i32i21i1f o R U R U R U R R i U f f ++-=-=3
21i i i i f ++=)(i3i2i1f
o U U U R
R U ++-
=)
(i3i2i1o U U U U ++-=1i F
o
u R u -='
如果R1=R2，R3=R4，则 例：P76-4-1
三、积分、微分运算电路 1、积分运算电路 i 1 = i f
2、微分运算电路 i c = i R
小结：
1、同相和反相比例运算电路的特点。
2、求和和减法运算电路的特点。
布置作业：P81-1、3
自学内容 想一想：在前面的学习过程中，是否见过函数信号发生器？它有什么
++=''u R R
u )1(1
F
o
2i 3
231F
)1(u R R R R R ++
=o o o
u u u ''+'=1i 1
F
2i 3
231F )1(u R R u R R R R R -++=)(i1i21
f
o
U U R R U -=R u i R i
=
t
u C
i C c d d =c
R i i =t
u C R u C d d i
=t
u C
d d o
-=()⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡+-=⎰0d 10i o C t u t u C R u ()
0d 1 o
i
u t u RC t
+-=⎰⎰-
=dt
i
o u RC
1
u R
u t u C
o i
d d -=dt
du RC
i
-=o u
4.3 集成运放的非线性应用
一、电压比较器的工作原理
样的功能？
提醒学生注意电路特点，引导学生抓住集成运放非线性特点，自己进行电路分析。
学生自行分析工作原理。
1、当输入电压u i大于参考电压U R，即u i>U R 时，集成运放输出
电压为-
U
om.。
2、当输入电压u i小于参考电压U R，即u i<U R时，集成运放输出电压为+U om。
二、过零电压比较器
当u i > 0 时，u o1 =+U o；
当u i < 0 时，u o1 =-U o。
3、单限电压比较器
4、滞回电压比较器
提醒学生：
（1）双门限电压比较器在两种输出状态下有各自的门限电压。
（2）当输入信号超过回差电压时。
输出才会反转。
可大大提高抗干扰能力。
避免误触发。
当uo = + Uo(sat)，则
当uo = – Uo(sat)，则
上门限电压U'+ ：ui 逐渐增加
时的门限电压
下门限电压U"+：ui 逐渐减小时的门限电压
小结：
电压比较器的工作原理。
布置作业：看书学生自学
4.4 集成运放的使用
一、使用前注意事项
1、辨认引脚，以便正确连线。
2、用万用表的电阻档，对照引脚测试有无短路和断路现象。
3、多余内部无自动稳零措施的运放需外加调零电路，使之在输入信号为零时输出电压也为零。
3、对于单电源供电的运放，有时还需要在输入端加直流偏置电压，设置合适的静态输出电压，以便能放大正负两个方向的变化信号。
4、为防止电路产生自激振荡，在集成运放的电源
端加上去耦电容，有的还需要外接补偿电容。
二、集成运放的保护问题
1、电源保护
----要注意二极管的反向工作电压必须高于电源电压
2、输入保护
----措施是在输入电路上接入二极管V1、V2。
3、输出保护
精品资料
可修改。
