集成运算放大器实验报告

集成运算放大器实验报告

2.4.1 比例、加减运算电路设计与实验

由运放构成的比例、求和电路，实际是利用运放在线性应用时具有“虚短”、“虚断”的特点，通过调节电路的负反馈深度，实现特定的电路功能。

一、实验目的

1．掌握常用集成运放组成的比例放大电路的基本设计方法； 2．掌握各种求和电路的设计方法；

3．熟悉比例放大电路、求和电路的调试及测量方法。 二、实验仪器及备用元器件 （1）实验仪器

（2）实验备用器件

三、电路原理

集成运算放大器，配备很小的几个外接电阻，可以构成各种比例运算电路和求和电路。

图2.4.3（a ）示出了典型的反相比例运算电路。依据负反馈理论和理想运放的“虚短”、“虚断”的概念，不难求出输出输入电压之间的关系为 1

f o i i R A R υυυυ==-

2.4.1

式中的“-”号说明电路具有倒相的功能，即输出输入的相位相反。当1f R R =时，o i υυ=-，电路成为反相器。合理选择1f R R 、的比值，可以获得不同比例的放大功能。反相比例运算电路的共模输入电压很小，带负载能力很强，不足之处是它的输入电阻为1i R R =，其值不够高。为了保证电路的运算精度，除了设计时要选择高精度运放外，还要选择稳定性好的电阻器，而且电阻的取值既不能太大、也不能太小，一般在几十千欧到几百千欧。为了使

电路的结构对称，运放的反相等效输入电阻应等于同相等效输入电阻，R R +-=,图2.4.3（a ）中，应为1//P f R R R =，

电阻称之为平衡电阻。

(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路

图2.4.3 典型的比例运算电路

图2.4.3（b ）示出了典型的同相比例运算电路。其输出输入电压之间的关系为 1

(1)f o i i R A R υυυυ==+

2.4.2

由该式知，当0f R =时，o i υυ=，电路构成了同相电压跟随器。同相比例运算电路的最大特点是输入电阻很大、输出电阻很小，常被作为系统电路的缓冲级或隔离级。同样，为了保证电路的运算精度，要选择高精度运放和稳定性好的电阻器，而且电阻的取值一般在几十千欧到几百千欧。为了使电路的结构对称，同样应满足1//P f R R R =。

图2.4.4（a ）为典型的反相求和电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念可以求得

121

2

(

)f f o i i R R R R υυυ=-+

2.4.3

当满足12R R R ==时，输出电压为 12()f o i i R R

υυυ=-

+ 2.4.4

实现比例求和功能。当满足12f R R R ==时，，输出电压为

12()o i i υυυ=-+ 2.4.5

实现了两个信号的相加运算。电路同样要求12////P f R R R R =。该电路的性能特点与反相运算电路相同。

(a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路

图2.4.4 典型的求和运算电路

同理，对于图2.4.4（b ）所示的同相求和电路，当电路满足12////f R R R R =的条件下，可以得到输出电压为

121

2

f f o i i R R R R υυυ=

+

2.4.6

当12f R R R ==时

12o i i υυυ=+ 2.4.7 同相求和电路的特点、设计思路与同相比例运算电路类似。

图2.4.5（a ）为单运放减法电路，利用叠加原理和线性运放电路“虚短”、“虚断”的概念，且12////f R R R R =时，可以求得

121

2

f f o i i R R R R υυυ=-

+

2.4.8

(a) 单运放减法运算电路 (b) 双运放减法运算电路

图2.4.5 典型的减法运算电路

当12f R R R ==时

21o i i υυυ=- 2.4.9

实现了两个信号的减法运算。

图2.4.5（b ）为双运放减法电路。大家可以自行分析，电路应该满足什么条件，才能够实现12o i i υυυ=-的功能。

四、设计任务【v1、v2参考输入信号】

1、设计一个反相比例放大电路，要求放大倍数为-10倍；

2、设计一个放大倍数为11的同相比例放大电路；

3、设计一个反相求和电路，实现1210()o υυυ=-+功能；

4、设计一个求和电路，完成1210()o υυυ=+；

5、设计一个求和电路，要求124o υυυ=-；

6、设计能够实现0.5o i υυ=的电路。 五、实验要求 1、实验前的准备 （1）电路设计

根据理论和上述任务要求，自行设计实现电路，计算出电路中各个元件的参数。

（2）用Multisim 仿真软件进行仿真。 选择一组输入电压。

用虚拟仪器测量：输入电压、输出电压的幅值，填入自行设计的表格内。验证上述理论设计的正确性，并与理论计算结果进行比较。

（3）测试方案的设计 自拟实验步骤、方法。

2、实验任务

（1）检查实验仪器；检测器件和导线； （2）根据自行设计的电路图选择实验器件； （3）根据自行设计的电路图插接电路； （4）根据自行设计的测试方案； 选择仿真时的一组输入电压值。

在输入端加输入信号，测量输入、输出信号的幅值并记录，并与仿真结果、估算结果比较；

U1A

LM324N

3

2

11

4

1

R168kΩ

R2

10kΩR310kΩ

R468kΩ

R510kΩ

V1

100mVrms

100Hz 0°

VCC 12V

VEE -12V

V2100mVrms 100Hz 0°

XSC1

A

B

C

D

G T