模电运算放大器

模电第六章知识点总结一、运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）1. 运算放大器的基本概念：运算放大器是一种主要用于进行信号放大、滤波、比较、积分等运算的集成电路。

它具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益、高共模抑制比和宽带宽等特点。

2. 运算放大器的基本结构：运算放大器通常由一个差分放大器和一个输出级组成。

差分放大器提供了高增益和高输入阻抗，而输出级则提供了低输出阻抗和大功率放大。

3. 运算放大器的理想特性：理想的运算放大器具有无穷大的输入阻抗、零的输入偏置电压、无穷大的增益、无限带宽和零的输出阻抗。

4. 运算放大器的实际特性：实际的运算放大器会受到限制，例如有限的共模抑制比、有限的带宽、输入偏置电压和温度漂移等。

5. 运算放大器的虚短片段模型：运算放大器可以用虚短片段模型来进行分析，其中将输入端和输出端分别连接到地和反馈节点，其他端口则可以忽略。

6. 运算放大器的常见应用：运算放大器常用于反馈放大电路、比较器电路、积分电路、微分电路、滤波电路等。

7. 运算放大器的反馈模式：运算放大器的反馈模式主要包括正反馈和负反馈。

负反馈可以稳定放大器的增益和频率特性，而正反馈则会增加放大器的增益和非线性失真。

二、电压比较器1. 电压比较器的基本概念：电压比较器是一种将两个电压进行比较，并输出相应逻辑电平的集成电路。

它通常具有高增益、快速响应和高输出驱动能力等特点。

2. 电压比较器的工作原理：电压比较器通过将两个输入电压进行比较，当一个电压高于另一个电压时，输出为高电平；反之则为低电平。

3. 电压比较器的应用：电压比较器广泛应用于电压检测、开关控制、信号处理、电压测量和触发器等领域。

总结：模电第六章主要介绍了运算放大器和电压比较器的基本概念、工作原理、特性和应用。

掌握这些知识点，可以为我们设计和分析各种电路提供基础。

同时，对于提高我们的工程能力和电子技术水平也是非常有用的。

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。

模电基础知识总结模拟电子技术（模电）是电子工程的重要基础学科，它研究的是电子元件与电路的工作原理和运行规律。

掌握模电的基础知识对于电子工程师来说至关重要。

本文将对模电的基础知识进行总结，希望能给读者提供一些帮助。

一、电路基础知识在学习模电之前，我们首先需要掌握一些电路的基础知识。

电路是电子工程中最基本的组成单元，它由电源、电阻、电容、电感等元件组成。

在电路中，电流和电压是重要的物理量。

电流表示电子在电路中的流动情况，而电压表示电子在电路中的能量转换。

二、放大器放大器是模电中一类重要的电子元件。

放大器的作用是将输入信号放大，以便输出信号具有较高的幅度。

常见的放大器有三种基本类型：电压放大器、电流放大器和功率放大器。

放大器有许多重要的性能指标，如增益、输入电阻、输出电阻等。

学习模电的过程中，我们需要熟悉这些性能指标的定义和计算方法。

三、滤波器滤波器是模电中用于剔除或改变信号中某些频率分量的电路。

滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。

在实际应用中，我们经常需要使用滤波器来对信号进行处理。

了解滤波器的原理和性能对于电路设计至关重要。

四、振荡器振荡器是一种能够产生连续波形信号的电路。

在模电中有两种常见的振荡器：正弦波振荡器和方波振荡器。

振荡器的核心是一个反馈回路，该回路会使得输入信号被放大，并且以振荡的形式反馈给输入端。

振荡器在通信系统、计算机等领域有广泛的应用，掌握振荡器的原理和设计方法是模电学习的重要内容。

五、运算放大器运算放大器（Operational Amplifier）是模电中一种重要的集成电路。

它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，在模拟电路中有广泛的应用。

运算放大器可以用于各种电路设计，如放大器、积分器、微分器和比较器等。

学习运算放大器的工作原理和应用是模电学习的核心内容。

六、模电实验模电实验是巩固和应用所学知识的重要环节。

通过实验，我们可以观察电路的实际运行情况，提高动手实践的能力。

目录1实验目的2 2实验原理23实验设计33.1实验I基础型实验 (3)3.1.11、电压跟随器——检测运放是否正常 (3)3.1.2反相比例运算放大器电压放大特性 (3)3.2实验II设计型实验 (4)3.2.1减法器的设计 (4)4实验预习仿真44.1电压跟随器——检测运放是否正常 (4)4.2反相比例运算放大器电压放大特性 (5)4.3减法器设计 (6)5数据处理7 6实验总结9 7思考题9 8实验讨论91实验目的•深刻理解集成放大器工作在线性工作区时,遵循的两条基本原则——虚短、虚断•熟悉集成运算放大器的线性应用。

•掌握比例运算等电路、训练设计运放电路的能力。

2实验原理集成运算放大器是一种高电压放大倍数的多级直耦放大电路,在深度负反馈条件下,集成运放工作在线性工作区,它遵循两条基本原则：1.虚短：U i=U−−U+≈02.虚断：I N≈I p≈0（非线性区也成立）用途:广泛应用于各种信号的运算处理、测量以及信号的产生、变换等电路中。

图1：运算放大器符号3实验设计3.1实验I基础型实验3.1.11、电压跟随器——检测运放是否正常3.1.2反相比例运算放大器电压放大特性3.2实验II设计型实验3.2.1减法器的设计1.自行设计运放电路，要求实现u0=2u i2−u i12.将u i分别设置为以下两组信号，验证电路是否满足要求4实验预习仿真4.1电压跟随器——检测运放是否正常图2：Multisim接线图3：Multisim结果4.2反相比例运算放大器电压放大特性图4：Multisim 接线图5：Multisim 结果U i (V )理论值(V )实测值(V )U N U P U O U O U iU N U P U O U O U i-0.300310455.314µV 564.134µV 3.012V 10.040.3-310563.904µV489.999µV-2.987V9.964.3减法器设计设计如图所示：表3：验证结果波形频率u i u0直流0u i1=1V,u i2=2V3.04V正弦波500Hz u i1=1V,u i2=2V2.98V5数据处理表1U i(V)理论值(V)实测值(V)U N U P U O U OU iU N U P U O U OU i-0.3003100.1mV0.2mV 3.66V12.20.300-310-0.1mV0-3.65V12.16表2波形频率u i u0直流0u i1=1V,u i2=2V 3.00V正弦波500Hz u i1=1V,u i2=2V 3.24V1.完成表1，并绘制基础型实验的运放的电压传输特性;2.列出基础型实验中U i和U o理论关系式，并和仿真数据、实际数据比较;•电压跟随器u i=u o仿真数据中u i=u o,实验数据u i=1.00V,u o=1.04V,在误差允许范围内，所以等式也成立。

实验七运算放大器及应用电路实验目的：1.认识运放的基本特性，通过仿真测试了解运放的基本参数，学会根据实际情况选择运放2.了解由运放构成的基本电路，并掌握分析方法。

实验内容：一、仿真实验。

1.运放基本参数电压传输特性如图，用DC Sweep给出LM358P线性工作区输入电压范围，根据线性区特性估算该运放的直流电压增益A vd0.DC Sweep仿真结果：A vd0=V(3)/V3=dy/dx=99.599k将扫描电压范围设为-500μV~500μV，当斜率为99.5987k时，测得线性工作区输入电压范围为-14.369V~12.9402V。

思考：A.当输入差模电压为0时，输出电压为多少？若要求输出电压为0，如何施加输入信号？为什么？输入差模电压为0时，输出电压为-3.3536V。

若要求输出电压为0，应将输入电压V3置为33.604μV。

B.观察运放输出电压的最高和最低电压，结合LM358P内部原理图所示电路分析该仿真结果的合理性。

最低电压：-14.369V，最高电压：12.9402V。

最低电压的绝对值大于最高电压的绝对值。

IN+可对OUT下边的PNP管射级电流造成影响。

IN+在很小的正电位时，输出为0，这导致了最低电压的绝对值大于最高电压的绝对值。

输入失调电压根据下图所示电路，仿真得到LM358P的输入失调电压V IO。

R1=1kΩ，R2=10Ω，进行直流工作点仿真，并完成表1R1=10kΩ，R2=100Ω，进行直流工作点仿真，并完成表2R1=100kΩ，R2=1kΩ，进行直流工作点仿真，并完成表3表1V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -3416.60 -33.6312 0 33.6312 -34.16687表2V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -3596.2 -33.6325 0 33.6325 -35.962表3V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -5388.47 -33.6148 0 33.6148 -53.8847根据上述仿真结果，给出运放的输入失调电压V IO。

模电知识点复习总结模拟电子技术（模电）是电子工程中的重要基础学科之一，主要研究电路中的电压、电流以及能量的传输和转换。

下面是我对模电知识点的复习总结：一.基础知识1.电路基本定律：欧姆定律、基尔霍夫定律、电压分压定律、电流分流定律、功率定律。

2.信号描述与频域分析：时间域与频域的关系。

傅里叶级数和傅里叶变换的基本概念和应用。

3.理想放大器：增益、输入/输出电阻、输入/输出阻抗的概念和计算方法。

4.放大器基本电路：共射、共集、共基放大器的特点、电路结构和工作原理。

二.放大器设计1.放大器的参数：增益、输入/输出电阻、输入/输出阻抗。

2.放大器的稳定性：稳态稳定性和瞬态稳定性。

3.放大器的频率响应：截止频率、增益带宽积、输入/输出阻抗对频率的影响。

4.放大器的非线性失真：交趾略失真、交调失真、互调失真等。

5.放大电路的优化设计：负反馈、输入/输出阻抗匹配、增益平衡等。

三.运算放大器1.运算放大器的基本性质：增益、输入阻抗、输出阻抗、共模抑制比。

2.电压放大器：非反转放大器、反转放大器、仪表放大器、差分放大器。

3.运算放大器的应用电路：比较器、积分器、微分器、换相器、限幅器等。

4.运算放大器的非线性失真：输入失真、输出失真、交调失真等。

四.双向可调电源1.双向可调电源的基本原理：输入电压、输出电压和控制信号之间的关系。

2.双向可调电源的电路结构：移相电路、比较器、反相放大器、输出级等。

3.双向可调电源的控制方式：串行控制和并行控制。

五.滤波器设计1.常见滤波器类型：低通、高通、带通和带阻滤波器。

2.滤波器的频率响应特性：通频带、截止频率、衰减量。

3.滤波器的传输函数：频率选择特性、阶数选择。

4.滤波器的实现方法：RC、RL、LC和电子管等。

六.可控器件1.二极管：理想二极管模型、二极管的非理想特性、二极管的应用。

2.可控硅：双向可控硅、单向可控硅、可控硅的触发电路和应用。

3.功率晶体管：NPN、PNP型功率晶体管的特性参数、功率放大电路设计。

模电运算放大器基础知识总结模拟电路中的运算放大器是一种重要的电子器件，用于放大输入信号并输出放大后的信号。

在模拟电路设计和运算放大器的应用中，掌握一些基础知识是非常重要的。

运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电路。

它通常由一个差分放大器和一个输出级组成。

差分放大器负责放大输入信号，而输出级则负责将放大后的信号输出。

运算放大器的基本特性包括放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、失调电压和失调电流等。

放大倍数是指输入和输出之间的增益关系，一般用电压增益表示。

输入阻抗是指输入端对外部电路的阻抗，输出阻抗是指输出端对外部电路的阻抗。

失调电压和失调电流是指运算放大器在工作时产生的误差。

在运算放大器的应用中，常见的电路包括反相放大器、非反相放大器、加法器、减法器、积分器和微分器等。

反相放大器是将输入信号进行反相放大的电路，非反相放大器则是将输入信号进行非反相放大的电路。

加法器可以将多个输入信号相加，减法器可以将多个输入信号相减。

积分器可以对输入信号进行积分，微分器可以对输入信号进行微分。

在运算放大器的设计中，需要考虑一些关键参数，包括增益带宽积、相位裕度和稳定性等。

增益带宽积是指运算放大器在增益和带宽之间的乘积，相位裕度是指运算放大器的相位裕量与频率之间的关系，稳定性是指运算放大器在不同工作条件下的稳定性能。

为了实现更好的性能，运算放大器的设计需要考虑一些技术细节，包括电源抗扰度、共模抑制比、温漂和功耗等。

电源抗扰度是指运算放大器对电源电压波动的抵抗能力，共模抑制比是指运算放大器对共模信号的抵制能力，温漂是指运算放大器在温度变化时的性能变化，功耗是指运算放大器在工作时消耗的功率。

当设计和使用运算放大器时，还需要考虑一些常见问题和应用注意事项。

例如，输入和输出范围、电源电压、偏置电流和失调电压等问题都需要仔细考虑。

此外，还需要注意信号的幅度、频率和相位等特性，以确保运算放大器的正常工作和性能。

运算放大器是模拟电路中非常重要的器件，掌握它的基础知识对于模拟电路设计和应用至关重要。

附录
1、电压跟随器
2、上图为Vi=3V、RL=2KΩ时仿真所得数据V0=3V；改变RL,V0不变；改变Vi, 始终有V0=Vi。

3、反相放大电路
4、上图为反相放大电路, 其中输入电压Vi=0.1V, 输出电压V0=-1V。

改变Vi, 当Vi分别为
0.2V,0.3V,0.4V,0.5V时, V0分别为-2V,-3V,-4V,-5V.由此可得AV=V0/Vi=-10.
5、同向输入放大电路
6、上图为同相放大电路, 其中输入电压Vi=0.1V, 输出电压V0=1.1V。

改变Vi, 当Vi分别为
0.2V,0.3V,0.4V,0.5V时, V0分别为2.2V,3.3V,4.4 V,5.5V.由此可得AV=V0/Vi=11.
7、电压比较器
电路图:
（1）当输入电压Vi=50mv（峰值）f=1000Hz的正弦电压时, 输出波形如下:
(2)将Vi降至1Hz, 在输出端以两只反向并接的发光二极管代替负载RL, 输出波形如下图:
8、运放组合
上图为仪用放大器, 由图可知, V1=0.1V,V2=0.2V时, V0=1V;类似的, 改变V1,V2;使V1=0.3,V2=0.2,仿真结果V0=-1V.。

模拟运算放大器的原理、选用原则和实际应用1．模拟运放的分类及特点模拟运算放大器从诞生至今，已有40多年的历史了。

最早的工艺是采用硅NPN工艺，后来改进为硅NPN-PNP工艺（后面称为标准硅工艺）。

在结型场效应管技术成熟后，又进一步的加入了结型场效应管工艺。

当MOS管技术成熟后，特别是CMOS技术成熟后，模拟运算放大器有了质的飞跃，一方面解决了低功耗的问题，另一方面通过混合模拟与数字电路技术，解决了直流小信号直接处理的难题。

经过多年的发展，模拟运算放大器技术已经很成熟，性能曰臻完善，品种极多。

这使得初学者选用时不知如何是好。

为了便于初学者选用，本文对集成模拟运算放大器采用工艺分类法和功能/性能分类分类法等两种分类方法，便于读者理解，可能与通常的分类方法有所不同。

1．1．根据制造工艺分类根据制造工艺，目前在使用中的集成模拟运算放大器可以分为标准硅工艺运算放大器、在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器、在标准硅工艺中加入了MOS工艺的运算放大器。

按照工艺分类，是为了便于初学者了解加工工艺对集成模拟运算放大器性能的影响，快速掌握运放的特点。

标准硅工艺的集成模拟运算放大器的特点是开环输入阻抗低，输入噪声低、增益稍低、成本低，精度不太高，功耗较高。

这是由于标准硅工艺的集成模拟运算放大器内部全部采用NPN-PNP管，它们是电流型器件，输入阻抗低，输入噪声低、增益低、功耗高的特点，即使输入级采用多种技术改进，在兼顾起啊挺能的前提下仍然无法摆脱输入阻抗低的问题，典型开环输入阻抗在1M欧姆数量级。

为了顾及频率特性，中间增益级不能过多，使得总增益偏小，一般在80~110dB之间。

标准硅工艺可以结合激光修正技术，使集成模拟运算放大器的精度大大提高，温度漂移指标目前可以达到0.15ppm。

通过变更标准硅工艺，可以设计出通用运放和高速运放。

典型代表是LM324。

在标准硅工艺中加入了结型场效应管工艺的运算放大器主要是将标准硅工艺的集成模拟运算放大器的输入级改进为结型场效应管，大大提高运放的开环输入阻抗，顺带提高通用运放的转换速度，其它与标准硅工艺的集成模拟运算放大器类似。