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模拟运算放大电路(二)

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实验二 模拟运算放大电路（二）一、实验目的：1、 掌握运算放大器实现信号积分和电流电压转换功能电路的基本设计和调试方法；2、 掌握精密半波整流和精密全波整流电路的电路组成、电路原理、参数设计和调试方法；3、 了解运算放大器实际器件参数对积分电路、电流电压转化电路、精密整流电路性能的影响。

二、实验原理 （1）积分电路对于积分电路，根据“虚短”和“虚断”可以得到：i c v i i R ==和11o c i v i dt v dt C RC =-=-⎰⎰， 即输出信号o v 与输入信号i v 有积分的关系。

该关系成立的前提之一是12c f f f R Cπ>=，即容抗小于阻抗。

另外还必须满足max ||o oM v V ≤与L C oM i i I +≤。

（2）电压/电流转换电路利用运放的“虚地”和“虚断”可以得到：1iL iV I I R ==，这样可以将电压信号转换为电流信号。

同样需要满足： L oM I I ≤和max ||o oM v V ≤的前提。

（3）精密整流电路把二极管与运放结合起来，将二极管置于运放的负反馈回路中，可以减小二极管的非线性及其温漂的影响，实现对弱小信号的精密整流或是线性整流。

三、预习思考题1、 根据29页实验内容1的指标要求设计电路并确定元件参数。

答：a ） 设计原理图b ） 设计过程见实验内容的预习基础，取 R =10k, c=0.01uf, R f =100K, R p =R 1//R f =10//100=100/11≈9.09k2、 在积分器实验中，若信号源提供不出平均值为零的方波，能否通过耦合电容隔直流？若能的话，电容量怎样取？答：可以，但是电容应取的大一点,以减小对交流的影响。

3、 对于29页实验内容2试根据数据手册中的相关参数计算a) 当R1=1 kΩ，R L 分别为1kΩ和10kΩ时最大允许输出电流值为多少 b) 当R1=100Ω，R L 分别为100Ω和1kΩ时最大允许输出电流值为多少c) 当R1=1 kΩ、R L 为1 kΩ，输入电压Vi 为0.5V 、1V 和3V 时，计算负载电阻R L 的取值范围。

答：根据电路计算可得()011,iL L L OM V I V I R R V R ==+≤ 根据运放使用要求：L OM I I ≤ 推导可得：()1OML L V I R R ≤+ 查阅数据手册，知（a ）L R =1kΩ, 14711L V I mA K K ∴≤=Ω+Ω L R =10kΩ14 1.27101L VI mA K K ∴≤=Ω+Ω(b) L R =100Ω, 1470100100L V I mA ∴≤=Ω+Ω L R =1kΩ, 1412.71100L VI mA K ∴≤=Ω+Ω(c) 根据运放使用要求，()11i L OM V R R V R +≤ 推导可得：11OM i L iR V V RR V -≤计算可得：0.5i V V =时，L R ≤27K Ω;1i V V =时，L R ≤13K Ω;3i V V =时，L R ≤3.7K Ω 4、 设运算放大器为双电源供电，最大输出电压为±V OM ，试根据精密全波整流电路的原理，推导图10-2的传输特性曲线，写出推导过程并画出传输特性曲线。

答：当输入Vi>0时，二极管D1导通，D2截止，故V0l=Vn=Vi ，运放A2为差分输入放大器，由叠加原理知V0=-2R/2R*Vi=-vi+2*vi=vi 。

当输入Vi<0时，二极管D2导通，D1截止，此时，运放A1为同相比例放大器，V0l=vi(1+R/R)=2Vi,同样由叠加原理可得运放A2的输出为V0=V0l(-2R/R)+Vi(1+2R/R)=-Vi,故最后可将输出电压表示为(0)(0)i i o i i v v v v v >⎧=⎨-<⎩ 画出传输特性曲线为：四、实验内容1、 试用μA741设计一个满足下列要求的基本积分电路：输入为V ipp =1V 、f=10kHz 的方波（占空比为50%）。

设计R 、C 值，测量积分输出电压波形；改变f 值观察Vo 波形变化，并找出当f 接近什么值的时候，电路近似一个反相比例运算电路。

ViVoARfRpR 1C+Vcc-Vcc积分电路图设计基础：输出电压 ⎰-=tVidt RCVo 01当f << f c 时，电路近似为一反相比例运算电路，其电压增益为-R f /R =-10 当f >> f c 时，电路起积分器作用。

为使由输入偏置电流引起的输出失调减至最小，应取R p =R 1//R f 。

a)元件参数计算：5611159.15422*10*0.01*10c f f HZ R c ππ-==≈R 1 =10k, c=0.01uf, R f =100K, R p =R 1//R f =10//100=100/11≈9.09k 实验时 P R 取10k,造成一定误差。

b)设计验证一① 输入为V ipp =1V 、f=10kHz 的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值 频率 峰峰值 频率 1.12V10KHZ280mV10.04KHZ② 双踪显示输入输出波形③ 实验结果分析： 输出三角波理论值：128022ipp oppV TV mV RC =⨯=。

和实验测得输出幅值正好一致，说明实验很准确。

实验时，一开始选用0.1uF的电容，结果输出三角波很粗，且幅度不稳定，换用0.01uF 的电容后，输出三角波变清晰稳定。

c)设计验证二①输入为V ipp=1V、f=1kHz的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值频率峰峰值频率1.04v 1kHz2.44V 1kHz②双踪显示输入输出波形③实验结果分析：理论值算得为：2.6V,实际测得为2.44V，误差为6%，在可接受范围内。

F增大时，输出三角波越清晰，越能体现积分特点。

d) 设计验证三①输入为V ipp=1V、f=10Hz的方波（占空比为50%），用示波器观察输入输出波形，记录如下：输入信号输出信号峰峰值频率峰峰值频率1.04 10HZ 10.2 10HZ②双踪显示输入输出波形③ 实验结果分析：根据理论值，当f<159c f HZ ≈时，该电路近似为一反相比例电路，放大倍数为-10，从图中可看出，CH1,CH2相位相反，幅值相差10倍（量程相差10倍）.调节f,如下图所示，当f ≈155HZ 时，CH1,CH2两者达到临界点，此时相位相反，幅值正好达到10倍,此时，输出波形和电容充放电特性相符合。

再减小f,电路越近似反相比例运算电路。

2、 29页内容2全部实验。

（1）用μA741组成一个同相型电压/电流转换电路，完成表中所列数据的测量+Vcc-VccAmAR LR 11K Ω510Ω1K Ω1K Ω+Vcc I LVi电压/电流转换电路其中Vcc=±15V ，表中要求测量I L 的值，考虑接电流表的不便，改为测R 1的电压，用R 1上测得的电压值除以R 1就是I L 的值ViRL I L （测量值）mA I L （计算值）mA0.531KΩ 0.5292 0.53 10 KΩ0.5278 20 KΩ 0.5291 27 KΩ 0.5052 33 KΩ 0.4163 1.03470Ω 1.0303 1.03 1KΩ1.0312 3 KΩ 1.0302 4.7 KΩ 1.0303 10 KΩ 1.0316 12 KΩ 1.0206 3.00470Ω2.9980 3 1 KΩ3.0017 3 KΩ 3.0021 4 KΩ2.8063实验结果分析：由上面的数据可以发现，当RL 较小时输出电流和理论值十分接近，但是当RL 比较大时输出电流会明显减小，偏离理论值。

根据预习思考题，当输入0.5i V V =时，L R ≤27K Ω；3i V V =时，L R ≤3.7K Ω所以当L R =33K Ω，L R =4K Ω时不满足。

（2）用示波器X-Y 方式，测量电路的传输特性曲线，计算传输特性曲线的斜率和转折点值。

注意：此时Vcc=±12V此时Vi 从接入直流电压改为用函数发生器输入正弦交流信号，f =500Hz ，电压值以看到转折点为界，此处选取V ipp >15V 。

实验时取ipp V = 20V ，f= 500HZ传输特性图：由图可算出，传输特性曲线的斜率= 1 。

3、 精密半波整流电路：(I) 依照图10-1所示连接电路，元件参数：R 1=R 2=10K Ω，电源电压±10V ，二极管为1N4148。

图13 精密半波整流电路(II) V i 输入一个频率为100Hz 的正弦交流信号，有效值分别为5V 、1V 、10mv ，用示波器观察输入输出信号波形，用毫伏表测量V o 值，对列表记录测量，并对结果进行分析比较.精密半波整流实验数据列表输入信号输出信号有效值最大值最小值频率最小值最大值5V 7.2V -7.2V 100HZ -800mV 7.60V1V 1.48V -1.44V 100HZ -640mV 2V10mV 16mV -14mV 100HZ -4.8 mV 15.6 mV 精密半波整流输入、输出波形图——有效值为5V精密半波整流输入、输出波形图——有效值为1V精密半波整流输入、输出波形图——有效值为10mV当输入Vi=10mV时，由于干扰，波形会产生模糊、不稳甚至变形的现象，这都是正常的，测量该电压的目的就是为了证明精密整流电路对于微弱信号也能实现整流。

(III)用示波器的X-Y显示方式测试该电路的电压传输特性，调节V i幅度，找出输出的最大值V omax= 4V 。

精密半波整流电路电压传输特性曲线4、精密全波整流电路(I)图10－2的精密全波整流电路和传输特性曲线修正为下图。

图中R=10KΩ，电源电压±10V，二极管为1N414810k10k 10k 20k1k+VCC-VEE+VCC -VEEV iV O+－+－精密全波整流实验数据列表 输入信号输出信号有效值 最大值 最小值 频率 最小值 最大值 5V 7.2V -7.2V 100HZ -5.6V 7.2V 1V 1.48V -1.44V 100HZ 0mV 1.48V 10mV 14.2mV-14mV100HZ0mV10.8mV精密全波整流输入、输出波形图——有效值为5V精密全波整流输入、输出波形图——有效值为1V精密全波整流输入、输出波形图——有效值为10mV精密全波整流电路电压传输特性曲线电源电压为20V。

最大V omax = 9 v -V omax = -8 v V omax/2 = 4 v实验结果分析：实验时，当输入信号有效值为5V时，输出波形很奇怪，像是出现了“毛刺”，是因为“全波整流”中当输入过大而造成幅值变低。

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模电实验模拟运算放大电路(一)

模电实验模拟运算放大电路(一)

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。

第二章_集成运算放大器

第二章_集成运算放大器

RF。根据集成运算电路i1 的 “if 虚断”和“虚短”可得： u u 0
集成运算放大器
由图2-7可得：
i1
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
由此得出：uo
RF R1
ui
该电路的闭环电压放大倍
数为：
Auf
uo ui
RF R1
图2-7 反相比例运算电路
集成运算放大器
电阻。如采用恒流源代替Rc,一般的中间放大级的电压增益
可达到60dB以上。
第三部分为输出级。其主要任务是输出足够大的电流， 能提高带负载能力。所以该级应具有很低的输出电阻和很高 的输入电阻，一般采用射极输出器的方式。
集成运算放大器
2.2 外形与符号 集成运放的外形有圆形、扁平形和双列直插式三种，如
开环是指运放未加反馈回路时的状态，开环状态下的差
模电压增益叫开环差模电压增益Aud。Aud＝uod/uid。用分贝表 示 则 是 2 0 lg｜Aud｜(dB)。 高 增 益 的 运 算 放 大 器 的 Aud 可 达 140dB以上，即一千万倍以上。理想运放的Ａud为无穷大。
集成运算放大器
4. 差模输入电阻rid
数为1，这时就成了电压跟随器，如图2-9所示。其输入电阻 为无穷大，对信号源几乎无任何影响。输出电阻为零，为一 理想恒压源，所以带负载能力特别强。它比射极输出器的跟 随效果好得多，可以作为各种电路的输入级、中间级和缓冲 级等。
该电路的反馈类型为串联电压负反馈。
集成运算放大器
同相输入比例运算放大电路主要工作特点：
uo Au 0
0
集成运算放大器
即
u u
由于集成开环放大倍数为无穷大，与其放大时的输出电
实验二　信号放大电路实验（测控电路实验指导书）

实验二　信号放大电路实验（测控电路实验指导书）

实验二 信号放大电路实验一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本放大电路的功能；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电压放大倍数高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，可以组成反相比例放大器，同相比例放大器，电压跟随器，同相交流放大器，自举组合电路，双运放高共模抑制比放大电路，三运放高共模抑制比放大电路等。

理想运算放大器的特性：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（如表2-1所示）的运算放大器称为理想运放。

表2-1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O U 与输入电压之间满足关系式：)U U (U ud O -+-A = ，而O U 为有限值，因此，0U U ≈--+，即-+≈U U ，称为“虚短”。

（2）由于∞=i r ，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即称为“虚断”。

这说明运放对其前级吸取电流极小。

以上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。

1、基本放大电路： 1）反向比例放大器电路如图2-1所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO U R R U -=，为了减少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F 12R //R R =图2-1 反向比例放大器 图2-2 同相比例放大器 2）同相比例放大器电路如图2-2所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i 1FO )U R R 1(U += ，其中F 12R //R R =。

当∞→1R 时，i O U U =，即得到如图2-3所示的电压跟随器。

3）电压跟随器电路如图2-3所示。

对理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：i O U U =，图中F 1R R =，用以减少漂移和起保护作用。

模拟电子技术第7章信号的运算和处理

模拟电子技术第7章信号的运算和处理

(08 分)1.某放大电路如图所示，已知A 1、A 2为理想运算放大器。

（1）当I I I u u u ==21时，证明输出电压o u 与输入电压I u 间的关系式为I o u R R R R u ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=31421。

（2）当21=I u V 时，8.1=o u V ， 问1R 应取多大?(10 分)2.左下图示放大电路中，A 1、A 2为理想运算放大器，已知5.01=I u mV ，5.02-=I u mV 。

（1）分别写出输出电压01u 、2o u 、o u 的表达式，并求其数值。

（2）若不慎将1R 短路，问输出电压o u ＝？(06 分)3.右上图示放大电路中，已知A 1、A 2为理想运算放大器。

（1）写出输出电压o u 与输入电压1I u 、2I u 间的关系式。

（2）已知当1I u =1V 时， o u ＝3V ，问2I u ＝？(10 分)4.电流-电流变换电路如图所示，A 为理想运算放大器。

（1）写出电流放大倍数SL i I I A =的表达式。

若=S I 10mA ，L I ＝？ （2）若电阻F R 短路，L I ＝？(10 分)5.电流放大电路如左下图所示，设A 为理想运算放大器。

（1）试写出输电流L I 的表达式。

（2）输入电流源L I 两端电压等于多少？(10 分)6.大电流的电流－电压变换电路如右上图所示，A 为理想运算放大器。

（1）导出输出电压O U 的表达式)(I O I f U =。

若要求电路的变换量程为1A ～5V ，问3R ＝？（2）当I I ＝1A 时，集成运放A 的输出电流O I ＝？(08 分)7.基准电压－电压变换器电路如下图所示，设A 为理想运算放大器。

（1）若要求输出电压U o 的变化范围为4.2～10.2V ，应选电位器R W ＝？（2）欲使输出电压U o 的极性与前者相反，电路将作何改动？(10 分)8.同相比例运算电路如图所示，已知A 为理想运算放大器，其它参数如图。