电工实验集成运算放大器应用电路仿真附数据处理及电路图

地
之间输入时，输出电压与输入电压反相
分别用u+，u_和uo表示集成运放的同相输入端、反相输入
端和输出端对地的电压。 天道酬勤
11
双列直插式集成运放741的外部引脚排列图
图中“2”为反相输入端，“3”为同相输入端，“6”输出 端。 “7”为正电源端，“4”为负电源端。
“1”，“5”，“4”为外接调零电位器的端子，“8”为空
脚。
天道酬勤
12
741型集成运算放大器的原理电路
天道酬勤
13
741型集成运算放大器的简化电路
天道酬勤
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集成运放的电压传输特性：表示输出与输入 电压关系的特性曲线，称为电压传输特性。
电压传输特性
当输入电压ui在AB之间时，集成运放工作在线性区，输出 与输出电压有关系Ao=uo/ui，在AB之外时处于非线性区。 由于集成运放电压放大倍数Ao很大，所以线性区很窄。要 使集成运放在较大的输入电压下也能工作在线性区，必须 在电路中引入深度负反馈。 工作在非线性区时，输出只天道有酬勤两种饱和状态±UOM 15
甲类
静态工作点Q点选择在交流负载线的中点，信号整个周期 内都有静态电流流过，这种工作状态称为甲类 甲类功率放大电路的效率理天道论酬勤上最高只能达到50% 2
甲乙类
为了提高效率，在电源电压UC一定的条件下，可使Q点沿
交流负载线下移，使 IC减小，得到甲乙类工作状态
功率放大电路工作在甲乙类，虽然降低了静态时的功耗，
提高了效率，但却产生严重天道的酬勤波形失真。
3
乙类
若Q下移到 IC约为零，静态管耗为最小，此种状态为乙类Байду номын сангаас
功率放大电路工作在乙类，虽然降低了静态时的功耗，

集成运算放大器的线性应用一、实验目的（1）加深对集成运算放大器的基本应用和性能参数的理解。

（2）了解集成运算放大器的特点，掌握集成运算放大器的正确使用方法和基本应用电路。

（3）掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法、积分和微分等基本运算电路的功能。

（4）进一步熟悉仿真软件的使用。

二、实验原理1.反相加法电路电路如图。

对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=22110i f i f V R R V R R V 平衡电阻3R ： f R R R R ////213= 当f R R R ==21时 ()21i i o V V V +-=2.减法电路减法电路实际上是反相放大电路和同相放大电路的组合，电路如图。

对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为112323101i f i fV R R V R R R RR V -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=当21R R =，f R R =3时 ()121i i f o V V R R V -=3.反相积分电路电路如图。

对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为()0110C i V dt V CR V +-=⎰ 式中，()0C V 时是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。

如果i V 是幅值为E 的阶跃电压，并设()0C V =0，则输出电压o V 和时间成正比，即t CR EEdt C R V t 10101-=-=⎰ 显然C R 1的数值越大，达到给定的o V 值所需的时间就越长。

积分输出电压所能达到的最大值受集成运算放大器最大输出范围的限制。

三、实验内容及步骤（一）仿真分析 1.反相加法电路在Multisim 13电路窗口创建如图电路。

输入端加入幅度为100mV 、频率为1kHz 的正弦信号1i v 和幅度为50mV 、频率为1kHz 的正弦信号2i v 。

单击仿真开关，进行仿真分析，此时电路在示波器XSC1显示的输入、输出波形。

集成运算放大器基本电路图一：比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。

分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。

（按输入信号加入不同的输入端分）比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示:输出特性：因为：，所以：从上式我们可以看出：Uo 与Ui 是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo 的数值。

负号表示输出电压与输入电压极性相反。

反向比例电路的特点：1.反向比例电路由于有"虚地",因此它的共模输入电压为零.即它对集成运放的共模抑制比要求低2.输入电阻低:r i =R 1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求.(2)同相比例电路输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示:输出特性：因为：（虚短但不是虚地）；；所以：改变R f /R 1即可改变Uo 的值，输入、输出电压的极性相同同相比例电路的特点：1.输入电阻高；2.由于(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高(3)差动比例电路输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示:它的输出电压为：由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。

二：和、差电路（1）反相求和电路它的电路图如图(1)所示:（输入端的个数可根据需要进行调整）其中电阻R'为:它的输出电压与输入电压的关系为：它可以模拟方程：。

它的特点与反相比例电路相同。

它可十分方便的某一电路的输入电阻，来改变电路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。

（2）同相求和电路它的电路图如图（2）所示：（输入端的个数可根据需要进行调整）它的输出电压与输入电压的关系为：。

它的调节不如反相求和电路，而且它的共模输入信号大，因此它的应用不很广泛。

（3）和差电路它的电路图如图(3)所示：此电路的功能是对U i1、U i2进行反相求和，对U i3、U i4进行同相求和，然后进行的叠加即得和差结果。

Ir
IC1
IB3
IC1
IC3
IC1 IC2,
IC3
3 1 3
IE3
IE3
IC3
IC1
1
IC2
2
若三管特性相同，则β1=β2=β3=β,求解以上各
式可得
IC3
(1
2

2
2
2)Ir
(4–12)
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利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内
阻 Ro为
Ro 2 rce
(4–13)
•
可见，威尔逊电流源不仅有较大的动态内阻，而且输出电流受β的
6所示的比例电流源电路。由图可知
因为 所以
UBE1 IE1R1 UBE2 IE2R2
U BE1
UT
ln
I E1 IS1
U BE 2
UT
ln
IE2 IS2
IS1
IE2 IS2
UBE1 UBE2
UT
ln
I E1 IE2
UT
ln
IE2 I E1
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(4–5) (4–6)
UCC
(>600mV)的10%。因此，可近似认为UBE1≈UBE2。这样，式(4–5)简化为
I E1R1 I E 2R2
若β1，则IE1≈Ir, IE2≈IC2,由此得出
IC2
R1 R2
Ir
(4–7) (4–8)
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•
可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。参考电流Ir现在
应按下式计算：
Ir
UCC U BE1 Rr R1
UCC Rr R1
(4–9)