模拟运算电路(三)
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
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高电压放大倍数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，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路图8—3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—3(b)所示的电压跟随器，图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
模拟电路设计除法运算电路
模拟电路课程设计报告设计课题：除法运算电路专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：除法运算电路一、设计任务与要求①设计一个二输入的除法运算电路。
②用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
二、方案设计与论证(一)此次课程设计要求实现二输入的除法运算电路，总体思路有两种。
两种方案的总体分析如下：方案一：要实现二输入除法运算，可以用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中实现。
1.该方案采用模拟乘法器做反馈支路，模拟乘法器有两个输入端，一个输出端。
对于该除法运算电路，必须保证i1=i2,电路引入的才是负反馈。
即当UI1>0时，,U0'<0;而UI1<0时,U0’>0,由于U0与UI1反相，故要求U0’与U0同符号。
因此，当模拟乘法器的k小于零时，UI2应小于零；而k大于零时，UI2应大于零；即k与UI2同符号。
同理，若乘法模拟器的输出端通过电阻接集成运放的同相输入端，则为保证电路引入的是负反馈，UI2与k符号应当相反。
2.电路结构简单，易于焊接。
3.元器件价格相对较高。
方案二：我们可以运用对数和指数运算电路来间接设计实现二输入除法运算。
其中两个对称的对数运算电路作为输入级，中间级采用比例系数为1的差分比例运算电路，用一个指数运算电路作为输出级。
1.电路结构复杂，需要的元器件多，在焊接过程中容易出现虚焊或两点间的短路。
2.利用晶体管构成的对数运算电路，其运算关系仍受温度的影响，而且在输入电压较小和较大情况下运算精度会变差。
在设计实用的对数运算电路时，要采取一定的措施，用来减小is对运算关系的影响。
3.指数运算电路的输入电压UI应大于零，且只能在发射结导通电压范围内，故其变化范围很小。
运算结果与受温度影响较大的有关，因而指数运算的精度也与温度有关。
4.所需元器件为一般常用元器件，容易获得，且价格便宜。
我的选择：方案一。
模拟运算电路
模拟电子技术集成运算放大器的基本应用（Ⅰ）——模拟运算电路实验报告容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验容、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。
【实验目的】1.研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
【实验仪器】1、±12V直流电源；2、函数信号发生器；3、交流毫伏表；4、直流电压表；5、集成运算放大器μA741×1片；6、电阻器、电容器若干。
【实验原理】集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数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，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1、理想运算放大器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。
满足下列条件的运算放大器称为理想运放：开环电压增益=∞输入阻抗=∞输出阻抗=0带宽=∞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）输出电压与输入电压之间满足关系式：=（）由于=∞，而为有限值，因此，≈0。
即，称为“虚短”。
（2）由于=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即＝0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述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。
2、基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图7-1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：=-为了减小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R2＝R1//RF。
(2)反相加法电路电路如图7-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为：=-（）＝////图7-1反相比例运算电路图7-2反相加法运算电路(3)同相比例运算电路图7-3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为：=1+＝//当→∞时，＝，即得到如图7-3(b)所示的电压跟随器。
集成运算放大器基本运算电路
集成运算放大器的基本运算电路集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数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，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路（1)反相比例运算电路电路如图1所示，对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为uO＝-ui图1 反相比例运算电路为了减小输入偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1||RF。
(2)同相比例运算电路图2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为)ui当R1→∞时，uO=ui，即得到如图3所示的电压跟随器。
图中R2=RF，用以减小漂移和起保护作用。
一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
图2 同相比例运算电路图3 电压跟随器(3)反相加法电路电路如图4所示。
图4 反相加法运算电路输出电压与输入电压之间的关系为uO=()R3=R1||R2||RF (4) 减法运算电路对于图5所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式uO=(ui2-ui1)图5 减法运算电路(5)积分运算电路反相积分电路如图6所示。
在理想化条件下，输出电压uo等于uo(t)= —式中“—”号表示输出信号与输入信号反相。
uc(o)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。
图6 积分运算电路如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设uc(o)=0，则—即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。
显然时间常数R1C的数值大，达到给定的uo值所需的时间就长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。
为了便于调节，将图中K1闭合，通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。
但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。
K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uc(o)=0。
模拟运算电路设计
电路分析方法
01
02
03
04
直流分析
通过分析电路的节点电压和电 流，确定电路的静态工作点。
交流分析
通过分析电路的频率响应和传 递函数，确定电路的性能指标
。
瞬态分析
通过分析电路在不同时间点的 状态，了解电路的工作过程。
噪声分析
通过分析电路的噪声源和噪声 传递路径，降低电路的噪声干
扰。
电路设计流程
需求分析
明确电路的功能需求和技术指标 。
原理图设计
根据需求分析，设计电路原理图 。
元件选择
根据电路原理图，选择合适的元 件型号和参数。
制作与调试
根据板图制作电路板，并进行调 试和优化。
板图设计
根据仿真测试结果，设计电路板 图。
仿真测试
利用仿真软件对电路进行功能和 性能测试。
03
基本模拟运算电路设计
总结词
噪声和干扰是模拟运算电路设计中常见的问题，需要进 行有效的噪声抑制和干扰处理，以保证电路的稳定性和 可靠性。
详细描述
噪声抑制可以通过在电路中加入滤波器、电容、电感等 元件来实现，以减小噪声对电路的影响。干扰处理可以 采用接地、屏蔽、隔离等措施，减小外界对电路的干扰 。同时，还需要注意减小电路自身产生的干扰，如减小 信号幅度、合理安排信号线等。
对数斜率、线性区范围、精度等。
指数运算电路设计
指数运算类型
基于二极管的指数运算和基于晶体管的指数运算。
设计步骤
确定指数运算的输入和输出范围，选择合适的元 件参数，进行电路设计和仿真验证。
关键参数
指数斜率、线性区范围、精度等。
乘法器设计
乘法器类型
模拟乘法器和数字模拟乘法器。
模拟运算电路的工作原理
模拟运算电路的工作原理
模拟运算电路的工作原理主要基于模拟信号的处理。
模拟信号是指连续变化的电信号，而模拟运算电路则是对这些模拟信号进行传输、变换、放大、处理、测量和显示等工作的电路。
模拟运算电路主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源等。
以模拟乘法器为例，其工作原理是将两个模拟信号相乘，得到它们的积。
这个积可以用来实现多种运算，如比例、差分、积分等。
模拟乘法器通常由两个运放（运算放大器）组成，输入信号分别加到两个运放的反向输入端，而输出信号则为两个输入信号的乘积。
另外，模拟运算电路还包括模拟加减器、模拟比较器等。
模拟加减器可以实现两个模拟信号的相加或相减，而模拟比较器则可以将一个模拟信号与另一个参考值进行比较，输出比较结果。
在实际应用中，模拟运算电路可以用于多种场合，如音频处理、图像处理、控制系统等。
通过不同的组合和改进，模拟运算电路可以实现各种不同的功能和处理效果，满足各种实际需求。
模拟电子技术-集成电路(差分放大,直流偏置)(3)
26
26
集成运放应用中的实际问题
失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差 例：
vi R1 + A Rf vo
R2
I IO VP ( I IB ) R2 2 R1 VN VO VIO R1 Rf
输入为零时的等效电路
( I IB
VP VN
27
I IO )( R1 || Rf ) 2
c
vi1
vi2
5
Rc //RL 2ro
单端输出的等效交流通路 (ro为电流源动态电阻)
主要指标计算
输入电阻
a. 差模输入电阻Rid
b. 共模输入电阻Ric
2ro 2ro
Rid
Rid =2rbe
（与MOS管最明显的差别）
6
Ric
Ri c 1 [rbe (1 )2ro ] 2
3. 最大差模输入电压Vidmax
运放两输入端之间所能承受的最大电压值，超过此电 压时差分管将出现反向击穿现象，甚至损坏。
21
21
实际集成运放的主要参数
共模特性
一般通用型运放KCMR为（80～120）dB，高精度运放 可达140dB，ric≥100MΩ。
1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric
7.2.3 BJT差分式放大电路
电路组成
＋VCC
Rc1 iC1
b1 c1
Rc2 ＋ vO － vO1 vO2 c2 T2 ve IO －VEE iC2
b2
＋ vi1 －
T1
＋ vi2 －
1
BJT差分式放大电路
静态分析
1 I C1 = I C2 I C I O 2 IC I B1 I B2 β VCE1 = VCE2
电工学(下册)电子技术复习题
A． B． C．
19．将 化简后得（A）。
A． B． C．
三、解析题
1．放大电路如图。已知RB1=270kΩ，RC=3kΩ，UC=6V，UBE=0.6V，晶体管的β=50。
（1）求静态IB、IC和UCE；
（2）求晶体管的输入电阻rbe；
（3）画出放大电路的微变等效电路；
（4）求电压放大倍数Au；
(1)画出运算电路；
(2)计算各电阻的阻值(设RF=100kΩ)。
解：（1）
（2） ，
4．试用运算放大器实现 运算。
(1)画出运算电路；
(2)计算各电阻的阻值(设RF=100kΩ)。
解：（1）
（2） ，
5．模拟运算电路如图3.3所示。试求：
（1）uo1的表达式；
（2）uo2的表达式；
（3）uo的表达式。
13．将逻辑式 化简后的结果为Y=（）。
14．将十进制数（27）10转换为二进制数为（）。
二、选择
1．附图所示电路的二极管是理想器件，AO两端的电压UAO为（C）。
A．4VB．-10VC．-4V
2．在图示电路中，二极管D1、D2、D3的工作状态为（B）。
A．D1、D2截止，D3导通B．D1导通，D2、D3截止
7．放大电路如图﹝a﹞所示，其晶体管的输出特性及放大电路的交、直流负载线如图﹝b﹞所示，图中Q为静态工作点。则晶体管β=（50），静态IC=（2mA），UCE=5V，电阻RB≈（250kΩ），RC=（2.5kΩ），最大不失真输出电压Uom=（3V）。
8．理想运算放大器的理想化条件是Auo→(∞)，rid→(∞)，rod→(0)，KCMRR→(∞)。
11．设整流变压器副边电压有效值为U。单相半波整流电路整流电压的平均值为（0.45）U，二极管承受的最大反相电压为（）U；单相全波整流电路整流电压的平均值为（）U，二极管承受的最大反相电压为（）U；单相桥式整流电路整流电压的平均值为（）U，二极管承受的最大反相电压为（）U。
集成运算放大器的应用- 模拟运算电路 实验报告 -
山西师范大学实验报告2020 年 7月 4日学院__物信学院__专业_电子信息工程_学号_1952030213__姓名_王豫琦_____ 课程名称模拟电子技术基础实验名称集成运算放大器的应用- 模拟运算电路指导教师郭爱心同组者室温气压 _______一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的基本运算电路的功能。
2、了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理1、反相比例运算电路图 1 反相比例运算电路电路如图1 所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为为减小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R2=R1∥R F。
2、反相加法运算电路电路如图2 所示，输出电压与输入电压之间的关系为为减小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R3=R1∥R2∥R F。
3、减法运算电路对于图3 所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF 时，有如下关系式：三、实验设备与材料安装有multisim14.0的电脑三、实验步骤1、反相比例运算电路分析1）根据实验电路图，画出仿真电路图，如图2）输入幅值为1V 频率为1kHz 的正弦波信号，测量输入信号的有效值U i和输出信号的有效值U O，并用示波器观察输出信号和输入信号的相位关系。
将数据记入表1，画出或截图显示输入输出的相位关系。
表1U i/mV U O/V A V（实测值）A V1（理论值）反相比例运算电路注意：电压值都取有效值2）实验数据保留小数点后两位有效数字。
2、反相加法运算电路分析2、反相加法运算电路分析1）根据实验电路图，画出仿真电路图；2） 输入信号分别选 0~0.5V 之间的三组直流电压，测量输出电压信号并记入表 2。
表 23、（选做）减法运算电路分析1） 根据实验电路图，画出仿真电路图；2） 输入信号分别选 0~0.5V 之间的三组直流电压，测量输出电压信号并记入表 3。
表 3减法运算电路U i1/VU i2/VU 0/V （实测值） U 01/V （理论值）四、结果1、反相比例运算电路分析1）根据实验电路图，画出仿真电路图，如图3） 输入幅值为 1V 频率为 1kHz 的正弦波信号，测量输入信号的有效值 U i 和输出信号的有效值 U O ，并用示波器观察输出信号和输入信号的相位关系。
实验三模拟运算电路
实验三模拟运算电路实验三集成运算放大器的基本应用(D模拟运算电路一、实验目的1(研究ill集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
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高电压放大倍数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，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
1(理想运算放大器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。
满足下列条件的运算放大器称为理想运放：开环电压增益A,,vd输入阻抗R,, i输出阻抗R, Oo带宽f,, BW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)输出电压与输入电压之间满足关系式UoU,A(U,U)ovd,,由于，而为有限值，因此，V。
即，称为“虚短”。
A,,UU,U,OU,Uvdo,,,,(2)由于，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即，称为“虚断”。
R,, I, Oii这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的讣算。
2(基本运算电路(1)反相比例运算电路电路如图3-1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为R RK, 100 100K, ff RK, 10 1 U, il R1 U, U ,,, i2,,, , i R10K, K,10 ,2, , 741 741 ,,U , UooR R 234. 7K, 9. IK,GND GND GND GND图3-2反相加法运算电路图3-1反相比例运算电路Rf U, ,UoiRl为了减小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II。
RR, Rf21 (2)反相加法运算电路电路如图3-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为RRff II II R, RRRU,, (U, U) f312oili2RR12(3)同相比例运算电路图3-3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为Rf II RR,RU, (1, )Uf21oiRl当时，，即得到如图3-3(b)所示的电压跟随器。
模拟电子线路模拟运算电路
uS1 uN uS 2 uN uN uO
R1
R2
Rf
uS 3 uP uS4 uP uP
R3
R4
R5
uN uP
（1） （2） （3）
4. 加减法运算电路
分析方法二：运用叠加原理分析
ui1 ui2 独立工作时，电路等效为（2）
构成反相比例运算，有
uo1
Rf R1
利用虚短和虚断得
vN vP 0
vI vN vN vO
R1
Rf
if
Rf
vI
R1
vN -
i1
vP
A +
vO
R2
vO
Rf R1
vI
即
Auf
Rf R1
输出与输入反相
为提高精度，一般取 R2 R1 // Rf
Rf
vI
R1
vN -
vP
A +
R2
b.电路的输入电阻
ri=R1
vO
ui 3
R3
// R4
// R5
(R3 // R5 )R4 R3 // R5 R4
(R4 // R5 )R3 R4 // R5 R3
⑤式代入③得
(R3 // R5 )R4 R4 R3 // R5
1 R4
ui 4
(R4 // R5 )R3 R3 R4 // R5
1 R3 ui3
R1 // R2 // Rf R3 // R4 ⑦
④
uo uo1 uo2
例6 试求下图uo与ui1和ui2之间的关系式.
模拟运算电路
3.13 模拟运算电路集成运算放大器可以构成加，减，乘，除，乘方，开方，积分，微分等各种模拟运算电路。
在许多实时控制和物理量的检测中，有着非常广泛的应用前景。
一．实验目的1． 加深理解集成运算放大器的工作原理和基本特性； 2． 熟悉集成运算放大器在模拟运算方面的应用； 3． 掌握模拟运算电路的设计方法及调试技巧。
二．原理设计 （一）、比例运算电路 1．工作原理比例运算（反相比例运算与同相比例运算）是应用最广泛的一种基本运算电路。
设计时通常根据已知的闭环电压增益A uf ，输入电阻R if , 闭环带宽ωB f ，最大输出电压u oma ． 反相比例运算,最小输入信号u imin 等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。
如图3-13-1所示。
RF U Uo输入电压u i 经电阻R 1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R 2接地。
输出电压u o 经R F 接回到反相输入端。
通常有：R 2=R 1//R F 3-13-1由于虚断，有 I +=0 ，则u +=-I +R 2=0。
又因虚短，可得：u -=u +=0 3-13-2由于I -=0，则有i 1=i f ，可得：Fo1i R u u R u u -=--- 3-13-3 由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-==1i iif 1F i o uf R i u R R R u u A51334133----反相比例运算电路的输出电阻为：R of =0输入电阻为：R if =R 1 b.同相比例运算R FU iU 0图3-13-2输入电压u i 接至同相输入端，输出电压u o 通过电阻R F 仍接到反相输入端。
R 2的阻值应为R 2=R 1//R F .根据虚短和虚断的特点，可知I -=I +=0,则有 o Fu R R R u ⋅+=-11且 u -=u +=u i ，可得：i o Fu u R R R =⋅+113-13-61F i o uf R R1u u A +==3-13-7同相比例运算电路输入电阻为： ∞==iiif i u R 输出电阻： R of =0c.差动输入比例运算（即减法运算） 电路如图3-13-3R 2U U 0U利用i +=i -=0与叠加定理，求得反相输入端的电位为 ：o i u R R R u R R R u ⋅++⋅+=-2111212 3-13-8而同相输入端电位为 ： 2434i u R R R u ⋅+=+ 3-13-9若R 1=R 3，R 2=R 4，由3-13-8，3-13-9式可求得 ：122i 1i o uf R Ru u u A --=3-13-10112i 1i if R 2i u u R =-=3-13-11以上三种比例运算电路可以是交流运算，也可以是直流运算。
低频电子线路 硬件实验报告 集成运算放大器的基本应用 模拟运算电路
实验七集成运算放大器的基本应用模拟运算电路一、实验目的1.研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
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1.集成运算放大器(1)具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路；(2)可以灵活地实现各种特定的函数关系；(3)可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
2.理想运算放大器特性(1)理想运放：将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益Aud=∞输入阻抗ri=∞输出阻抗ro=0带宽 fBW=∞失调与漂移均为零等。
3.理想运放在线性应用时的两个重要特性(1)“虚短”输出电压UO与输入电压之间满足关系式：UO＝Aud（U+－U-）由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U-≈0。
即U+≈U-，称为“虚短”。
(2) “虚断”由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB ＝0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
4. 基本运算电路(1) 反相比例运算电路电路如图1（a ）所示。
对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：为了减小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R2＝R1 // RF 。
（a ）反相比例运算电路 （b ）反相加法运算电路图 1 反相运算电路(2) 反相加法电路电路如图1（b ）所示，输出电压与输入电压之间的关系为：)U R RU R R (U i22F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F(3) 同相比例运算电路图2(a)是同相比例运算电路，:输出电压与输入电压之间的关系为：R2＝R1 // RF=+FO i1R U (1)U R i1FO U R R U -=当R1→∞时，UO ＝Ui ，即得到如图2(b)所示的电压跟随器。
图中R2＝RF ，用以减小漂移和起保护作用。
第五章模拟信号运算电路.ppt
加减法运算
例5 -3 在图5 -8所示电路中，已知R1=R2=R3=R4=R, vi1=1V, vi2=3V, 试求输出电压vo
上一页 返回
图5-1 反相输入比例运算放大器
返回
图5-2 同相输入比例运算放大器
返回
图5-3 电压跟随器
返回
图5-4 例5-1图
返回
图5-5 例5-2图
返回
图5-6 反相加法运算电路
返回
图5-7 差分式减法电路
返回
图5-8 例5-3图
返回
加减法运算
2.减法运算电路 （1）电路结构与特点：电路如图5-7所示，采用差分输入 (2)减法功能的实现 若Vi2=0,Vi1输入时 若Vi1=0,Vi输入时
上一页 下一页 返回
加减法运算
当vi1,vi2同时作用时，可将两个运算电路的输出电压叠加得
如果选取Rf=R1，则
上一页 下-3所示
上一页 下一页 返回
比例运算
例5-1 有一理想集成运放接线如图5 -4所示电路，已知, vi=1V， R1=20 KΩ, Rf=200KΩ,试求输出电压及平衡电 阻R2
例5 -2 在图5 -5所示电路中，已知Rf=2R1, vi=2V,试求 输出电压
上一页 下一页 返回
加减法运算
二、加、减法运算
1.加法运算电路 (1)电路结构与特点在反相比例运算电路的基础上，增加两个
输入端，如图5 -6所示 (2)加法功能的实现根据“虚地”和“虚断”，有
其中
上一页 下一页 返回
输出电压
加减法运算
R4为平衡电阻，取
上一页 下一页 返回
下一页 返回
比例运算
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验五模拟运算电路（三）一、实验目的1、了解运算放大器的主要直流参数（输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度漂移、共模抑制比，开环差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻等）、交流参数（增益带宽积、转换速率等）和极限参数（最大差模输入电压、最大共模输入电压、最大输出电流、最大电源电压等）的基本概念。
2、熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及输入阻抗、输出阻抗、增益、幅频特性、传输特性曲线的测量方法。
二、实验原理三、预习思考1、查阅741运放的数据手册，自拟表格记录相关的直流参数、交流参数和极限参数，解释参数含义。
T:TIP参数名称参数值参数意义及设计时应该如何考虑直流参数输入失调电压V IO1(T) <6mV该参数表示使输出电压为零时需要在输入端作用的电压差。
理想运放当输入电压为零时，其输出电压也为零，但实际运放当输入电压为零时，其输出端仍有一个偏离零的直流电压，这是由于运放电路参数不对称所引起的。
输入偏置电流I IB80(T)<500nA该参数指运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。
指运放输入级差分对管的基极电流12,B BI I,通常由于晶体管参数的分散性，12B B I I ≠。
输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级的性能，当他的β值太小时，将引起偏置电流增加。
从使用角度看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小。
输入 失调电流I IO20(T)<200nA该参数是指流入两个输入端的电流之差。
输出电压为零时，两输入端静态电流的差值，即12io B B I I I =-。
其典型值为几十至几百Na .由于信号源内阻的存在，io I 会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。
io I 越小越好，他反映了输入级有效差分对管的不对称程度。
失调电压温漂αV IO 20/uV C ±︒该参数指温度变化引起的输入失调电压的变化，通常以/uV C ︒ 为单位表示.指在规定范围内io V 的温度系数。
共模抑制比K CMR70(T)<90dB差模电压增益VD A 与共模电压增益VC A 之比开环差模 电压增益A VD610集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。
VD A 与输出电压0V 的大小有关。
通常是在规定的输出电压幅度（如010V V =±）测得的值。
VD A 又是频率的函数，频率高于某一数值后，VD A 的数值开始下降。
输出 电压摆幅V OM +/-10 ~14 正负输出电压的摆动幅度极限 差模输入电阻R ID 0.3~2M Ω 输出电阻R O75 Ω交流参数增益带宽积G.BW 0.7~1.6MHZ增益带宽积A OL * ƒ 是一个常量，定义在开环增益随频率变化的特性曲线中以-20dB/十倍频程滚降的区域。
运放的增益是随信号的频率而变化的，输出电压随信号频率增大而使其下降到最大值的0.707倍的频率范围，称为带宽。
转换速率S R0.25~0.5V/us (RL>2K)该参数是指输出电压的变化量与发生这个变化所需时间之比的最大值。
SR 通常以V/μs 为单位表示，有时也分别表示成正向变化和负向变化。
当运放在闭环情况下，其输入端加上大信号（通常为阶跃信号时），其输出电压波形将呈现一定的延时，其主要原因是运放内部电率中的电容充放电需要一定的时间。
SR 表示运放在闭环状态下，每1us 时间内输出电压变化的最大值。
极限参数最大差模 输入电压V IOR 30V ±反相和同相输入端所能承受的最大电压值。
超过这个电压值，运放输入级某一侧的BJT 将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。
最大共模13V ±运放所能承受的最大共模输入电压。
超过IC R V 值，它的共模抑输入电压V ICR 制比将显著下降。
一般指运放在做电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值。
最大输出电流I OS +/-25~40m A运放最大正向或负向的峰值电流，通常给出输出端短路的电流最大电源电压V SR 22V ±2、 根据教材24页实验内容4的指标要求（指标要求以本节实验部分修改的为准），设计电路并确定元件参数，同时估算该电路的最大不失真输出电压范围，下限频率、上限频率，并和双电源供电的比例运算电路做一个简单的比较。
答：设计过程见实验内容2具体。
1）最大不失真输出电压范围和运放的最大输出电压摆幅O MV 有关，查询数据手册可得，当电源电压为±15V 时，10L R K >Ω时,12~14OM V V =；2L R K >Ω时，10~13OM V V =，计算可得220~28O PP O M V V V ==2）下限频率：由于该电路输入输出为直流耦合，因此Fl=0h3）上限频率：查询数据手册可得741的单位增益带宽（增益带宽积）为0.7~1.6M,又知电路增益为5，计算可得fH 在140~320k 左右。
四、实验内容1、 23页实验内容1，具体内容改为： 9.09K(I) 图5-1电路中电源电压±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝220Ω，R P ＝10k//100kΩ=10K 。
按图连接电路，测量最大不失真输出电压，并和实验一数据进行比较，分析数据不同的原因。
（提示：考虑运算放大器的最大输出电流）负载 R L =100KΩ R L =220Ω 改为200 无扩流 有扩流 正电源电压（V ） +15 15 15 正最大不失真输出电压（V ）14.4 4.4 13.2 负电源电压（V ） -15 15 15 负最大不失真输出电压（V ）-13.0-6.8-13.4实验结果分析：1）电源电压为+/-15V 时，741的最大输出摆幅范围为+/-13~14V2）R L =100K Ω时，最大不失真输出电压在运算放大器的最大输出摆幅范围内。
R L =200Ω，最大不失真输出电压远小于运算放大器理论的最大输出摆幅，这是因为当负载比较小的时候，输出电压受运算放大器的最大输出电流影响。
查手册知741运算放大器的最大输出电流为+/-25 mA,因此当负载为200Ω时，负载上最大可能电压值是+/-0.025*200=+/-5V,实测结果和这个分析基本相符。
3）在三极管扩流电路中，三极管起到了一个开关的作用，当运算放大器输出为正电压时，9013饱和导通，9012反相截止，因此输出电压为Vcc-三极管的饱和压降。
当运算放大器输出为负电压时，9012饱和导通，9013反相截止，输出电压为-Vcc-三极管的饱和压降。
无扩流： 有扩流：(II) 将电路改成下图所示，这样可以通过三极管实现扩流，将输出电流由运放的25mA增加到500mA ，重复（I ）的实验，并对实验数据进行比较和分析（本内容可以选做）10k100k 10k//100k+VCC-VEE1456723220V i9013+VCC-VEE－+(III) 保持Vi ＝0.2V 不变，改变输入信号的频率，在输出不失真的情况下，测出上限频率f H 并记录此时的输入输出波形，测量两者的相位差，并做简单分析。
1） 输入输出波形图2）上限频率f H (KHz) 相位差t(μs) T(μs) Φ=t/T×360 o716.6+3.2=9.814.08滞后2502） 实验结果分析：放大电路的上限频率和增益的乘积为固定值，UA741的理论值为0.7~1.6MHZ ，放大倍数为10，理论上限频率应为70~160KHZ,测量结果与之相符合。
在上限频率处，增益变为中频区的1/2，滞后-180-45=-225，误差为10%，主要来自手动测量时光标的位置不好把握。
(IV) 将输入正弦交流信号频率调到前面测得的f H ，逐步增加输入信号幅度，观察输出波形，直到输出波形开始变形（看起来不象正弦波了），三角波记录该点的输入、输出电压值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析，并和手册上的转换速率值进行比较。
1） 输入输出波形图2）频率输入信号V iPP输出信号V OPP dV O/dt71KHZ 0.68V 3.12V 0.443V/us 2）实验结果分析：输出信号电压对时间求导，可得电压变换率，也就是转换速率。
手册中给出的转换速率为0.25~0.5V/us，实测值在该范围内。
运算放大器应用中，当信号频率较高，输出信号幅度较大时必须考虑转换速率的影响。
(V)输入信号改为占空比为50%的双极性方波信号，调整信号频率和幅度，直至输出波形正好变成三角波，记录该点输出电压和频率值，根据转换速率的定义对此进行计算和分析（这是较常用的测量转换速率的方法，此项内容选做）1）输入输出波形图2）频率输入信号V iPP输出信号V OPP dV O/dt22k 3.08V 11V 0.484V/us 2）实验结果分析：改用此法测量后，测得转换速率更接近0.5了，更准确。
实际测得转换速率因输出刚好为三角波，故其斜率即转换速率。
(VI)R F改为10 kΩ，自己计算R P的阻值，重复（III）（IV）。
列表比较前后两组数据的差别，从反相比例放大器增益计算、增益带宽积等角度对之进行分析。
并总结在高频应用中该如何综合考虑增益带宽积和转换速率对电路性能的影响。
重复（III）：1）输入输出波形图此时1||10||105P F R R R K K K===上限频率f H (KHz) 相位差 t(μs) T(μs) Φ=t/T×360 o370k2.12-0.32=1.82.7240滞后3） 实验结果分析：1．R F 改为10 k Ω后，增益变为1，因为增益带宽积为一常数，所以带宽应变大，上限频率变大，符合。
2.相位同前分析，这次相位测量较之前准确。
重复（IV ）：1） 输入输出波形图2）频率 输入信号V iPP输出信号V OPPdV O /dt 370kHZ2.48V0.72V0.5328V/us3）实验结果分析：在高频应用时，首先要根据设计中的增益和上限频率的要求计算出增益带宽积要求，然后根据输出电压的幅度和上限频率的要求计算转换速率。
2、 24页实验内容4，具体内容改为：(I) 设计一个单电源交流放大器，输入电压≤1V ， A vf = 5，f L ≤10Hz ，f H ≥100kHz ，输入电阻大于100kΩ，输出电阻小于100Ω。
（带宽设计时可参考单级放大器实验） 1） 设计图2） 设计过程11F vf R A R =+取1R =10K , F R =40K输入电阻要求大于100kΩ，分压值要等于1/2Vcc,取4R =100K, 2310R R K ==可满足要求。