集成运放线性应用
运算放大器的线性应用和非线性应用
充电
放电
++
Uo=Vz+ UDoN
31
(5)电容器端电压随时间变化规律为
32
二、设计过程
1、求R1和R2的值,可使F=0.47,则 T=2RC
图7-16
方波发生器
29
3、设计条件 (1)电源电压为:±9V (2)负载阻抗 RL=10KΩ
4、分析 (1)R、C作为积分电路,即:定时电路. (2)从电路结构看,它由一个迟滞比较器和RC充
放电电路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电 路,RC作为定时电路.
(3)电路的正反馈系数F为:
30
强调:
39
实验箱双电源的接法
40
四运放管脚图
TL084、LM324
41
运放的检测电路
当Uo=Ui1时，运放是好的。
42
T1.设计一个文氏桥正弦波振荡器
技术指标要求：
1、电路结构要求
2、电路指标 (1)f=1KHZ (2)UO=1V
3、设计条件 （1）电源电压为：±9V （2）负载电阻RL=10KΩ
16
五、反相加法器
17
又因为 if=i1+i2+i3，则
18
六、同相相加器
19
实验三十六 运算放大器线性应用电路
J1.设计一个反相比例放大器 （一）设计技术指标 1）Au=20 2)Ri=1KΩ 3)Uopp≥1V （二）设计条件
1） Ec= ±9V
2) RL= 5.1KΩ
集成运算的线性应用实验报告.doc
集成运算的线性应用实验报告篇一：集成运算放大器的线性应用--实验篇集成运算放大器的线性应用一、实验名称：集成运算放大器的线性应用二、实验任务及目的1.基本实验任务用运放设计运算电路。
2.扩展实验任务用运放构成振荡频率为500Hz的RC正弦波振荡器。
3.实验目的掌握运放线性应用电路的设计和测试方法三、实验原理及电路1.实验原理运算放大器的线性应用，即将运放接入深度负反馈时，在一定范围内输入输出满足线性关系。
2.实验电路图2.15.1 U0=5Ui1+Ui2（Rf=100k）电路（注意平衡电阻的取值！）图2.15.2 U0=5Ui2-Ui1（Rf=100k）电路（注意输入端电阻的匹配！）图2.15.3 uo??（Cf=0.01?F）电路?图2.15.4 可调恒压源电路（注意电位器的额定功率！）图2.15.5 恒流源电路（注意负载电阻的取值！）图2.15.6 RC正弦波振荡器四、实验仪器及器件1.实验仪器稳压电源1台，使用正常；数字万用表1台，使用正常；示波器1台，使用正常；函数信号发生器1台，使用正常。
2.实验器件DC信号源1个，使用正常；uA741运放2个，使用正常；1kΩ电阻1个，10kΩ电阻2个，15kΩ电阻1个，17kΩ电阻1个，20kΩ电阻2个，33kΩ电阻1个，51kΩ电阻1个，100kΩ电阻4个，0.01μF电容1个，10kΩ电位器1个，使用正常。
五、实验方案与步骤1.按照图2.15.1接好电路，将输入端接地（ui1=0，ui2=0），万用表监测输出电压，接通±15V电源后，调整调零电位器，尽量使Uo接近零，若不为零，则需记录该失调电压的数值。
将DC信号源接通电源，万用表监测DC信号源输出，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。
2.按照图2.15.2接好电路，记录该失调电压，将DC信号源接通电源，按照表格中要求的参数调整旋钮，测量输出电压。
3.按照图 2.15.3接好电路，调节函数信号发生器输出1kHz/4V的方波信号。
电子技术基础--第七章--集成运算放大器的线性应用和非线性应用
i1 i f 0
u O (1
Rf R1
)u i
u I 0 R1i1
uI i2 i1 R1
i1
uI R1
0 u M R2 i2
u M R2 i 2 R2 uI R1
0 u M R3i3
减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 为减小失调误差 R1//Rf=R2//R3
（五）反相积分运算电路
duC i 2 C dt
uC 0 uO
duo i2 C dt
u I 0 R1i1
i1 i2 0
du uI (C o ) 0 R1 dt
vI T
（同相过零比较器）
O
2
3
4
t
电压传输特性
vO
vO VOH
VOH O t
O VOL
vI
VOL
思考
1.若过零比较器如图所示，则它 的电压传输特性将是怎样的？ 2.输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
+VCC vI + A -VEE vO
vI T 2
+VCC vI + A -VEE vO
具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了。
比例运算电路 加法电路
减法电路 积分电路
微分电路
一、运算电路
• （一）反相比例运算电路 • （二）同相比例运算电路
（一）反相比例运算电路
i1 i f 0
u N uo R f i f
if u N uO u O Rf Rf
模拟电子技术教学课件-集成运算放大器的应用
小信号进行放大，且具有较强的共模抑制能力。
因为最后一级运算 放大器是双端输入差 分电路，所以：
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4.1 集成运放的线性应用电路
思考与练习
Sikaoyulianxi 1.集成运放构成的基本线性应用电路有哪些？在这些基本 电路中，集成运放均工作在何种状态下？
2.“虚地”现象只存在于线性应用运放的哪种运算电路中？
由一个RC低通电路和一个RC高通 电路形成带通滤波器。
高
低通
通
利用同相输入的比例 放大电路做隔离放大 级。为改善频率特性 引入正反馈。
幅频特性：
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带阻滤波器
将一个RC低通电路和一个RC 高通电路的输出求和，即形 成带阻滤波器。
如果带阻滤波器的阻 带设置为某单一频率 时，则可构成陷波滤 波器。
由虚断可得： 数值代入后整理可得： 通频带内的电压放大倍数：
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4.1.8 有有源源滤波高器通——滤常用波的器有源滤波器
通频带内的电压放大倍数： 传输函数为：
电路的特性频率为： 当输入信号的频率f等于通带截止频率f0时：
幅频特性：
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4.1.8 有源滤4带.波1.8器通有—滤源—滤常波波用器的器有源滤波器
第4单元 集成运算放大器的应用
集成运放的运算应用电路
目
Jichengyunfangdeyunsuanyingyingdianlu
录
集成运算放大器的非线性应用
3zhongzutaifangdadianludexingnengbijiao
集成运算放大器的选择、使用和保护
Danjixingguandedanjifangdadianlu
集成运放的线性应用电路
集成运放的线性应用电路首先需要熟悉理想集成运放基本特性：1）开环差模增益（放大倍数）Aod=∞；2）差模输入电阻Rid=∞；3）输出电阻Ro=0；这是理解电路的基础。
uo=Aod*(up-un)。
uo=Aod*(up-un)其次还需要清楚，运放的组成是三极管所组成的单元，需要（电源）才能够正常工作，为此实际工作时，需要有电源为其供电提供输出能量。
最后，必须清楚的是，uo输出的范围在供电电源电压之内变化，如果理论输出值大于电压电压范围，则运放处于非线性区，只能输出最大值或最小值，这种情况下是不能进行线性运算的。
结论：运放处在放大区必然需要负反馈电路结构；因uo一定，其除以Aod，便可以得到up-un=uo/Aod=0的结果，必有虚短up=un 的特性；因Rid=∞，必有虚断ip=0，in=0的特性。
例题1（1）电压串联负反馈组态；（2）补偿电阻功能在于使运放外电路平衡，即同相端与反相端对地电阻相等。
这时需要采用这一特性，即ui=0时，uo=0。
所以有R5=R1//（R2+R4//R3）;（3）因ip=0A，所以up=0V，所以un=0V（相当于接地，术语“虚地”）；Ro 由于是电压负反馈，电路具有稳定电压功能，所以Ro=0;(4)在M点采用节点（电流）法，需要提前标注好电流方向，然后列方程即可。
i3=i2+4（M点节点电流）;i1+i2=in（反向端节点电流，in=0）；i1=(ui-0)/R1;i2=（uM-0/R2）;i3=(uo-uM)/R3;i4=(uM-0)/R4由此可推导出：uo=R3*uM*(1/R2+1/R3+1/R4),uM=-R2/R1。
例题2uo1=-（Rf）/R1*ui（反向比例运算）；uo2=-R/R*uo1=-uo1（反向比例运算）；uo=uo2-uo1=uo2-uo1=-uo1-uo1=-2uo1=2Rf/R1*ui当Rf=R1时，uo=2ui。
集成运放
(2) 同相比例运算放大器
iF if
ib+ =0
RF
u-= u+= ui
ib- =0
ui
Rf
_ + +
Au=1+
uo
iF=if
uo ui R 2F ui R 1f
RP
RP=Rf//RF
RF
Rf
R2 F u o (1 )u i ) R 1f
– +u + A1 o1
－
－
R
– + + A2
uo
RL
试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出 例2： 并联电流负反馈 端引至A1输入端的是何种类型的反馈电路。 – +u + A1 o1
–
ui
i1
id if
R
+ A2
+
uo
解： 因反馈电路是从运算放大器A2的负载电阻RL 的靠近“地”端引出的，所以是电流反馈； 因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上， 所以是并联反馈; 因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流 之差，所以是负反馈。
Ao
1+ AoF
Ao F
Xo
Xf
Xf
Xd
Ao F 0
Xo
Xd
Xf 、 d X
同相，所以
则有： F|<|Ao| |A
负反馈使放大倍数下降。
集成运放线性应用电路分析方法的研究
（ Ｄｅｐ ｒ ｍ ｅ ｔｏｆＩ ｏ ｍ ａ ｉ ａ ｔ ｎ ｎｆ ｒ ｔｏｎ Ｅｎｇ ｎｅ ｉ ｎｇ ｈａ ｉ ｅｒｎｇ Ｔａ ｓ ｎ Ｃｏｌｅ ｅ， ｎｇ ｈａ ６３ ０，Ｃｈｉ ｌ ｇ Ｔａ ｓ ｎ ０ ００ ｎａ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｎ ｌ ｔｃ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｌＡｍｐ ｉｉｒ Ａｐ ｌ ａ பைடு நூலகம் ｎ ｏ ｎ ａ ｒ ｕ ｔｉ ｏ ｔ ｎ ｕ ｅ ｎ ａ ｙ ｉ ｔ ｏ ｆＯｐ ｒ ｔ ａ ｏ ｌ ｅ ｐ ｉ ｔｏ ｆＬｉ ｅ ｒ Ｃｉ ｉ ｓ ｆｅ ｓ ｄ ｉ ｆ ｃ ｃ ｅ ｅ ｔ ｉ ａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔｏ ｆａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｅ ｒ ｃｒ ｕ ｔ ｒ ｑ ｉｅ ｉｃ ｉ ３ ｌ ｃ ｒｃ ｌｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｎ ｈ ｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｐ ｌ ｔｏ ｆａ ｌ ａ ｉｃ ｉ ｅ ｕ ｒ ｓ ｃｒ ｕ ｔ 一 ｃ ｎ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｙ ｉ ｅ ｈｏ ｆ Ｏｐ ｒ ｔｏ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ Ａｎ ｌ ｔｃ Ｍ ｔ ｄ ｏ ｅ ａ ｉ ｎａ
Ａｍ ｐｌｆｅ－Ａｐｐｌｃ ｔｏ ｆ Ｌｉ ａ ｒ ｕ ｔ ｉｉ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｅ ｒ Ｃｉ ｃ ｉ
Ｌ ＡＮＧ ｎ － ｕ ，ＺＨＯＵ ｏ ｍ ｉｏ Ｉ Ｔｉ ｇ ｇ ｉ Ｈａ － ａ
析法 等 ， 并加 以运用 ， 以很容 易 的对各 种 复杂运 放 线 性应用 电路 进 行分 析 ， 而得 知 电路 的功 能。 可 从
关 键词 ： 成运 放 ； 集 线性 应用 ； 析方 法 分 中图分 类号 ： ＴＮ７ ２ 文 献标 识码 ： ０ Ａ 文章 编 号 ： ６ ２—３ ９ ２ ０ ） ６ ０ ６—０ １７ ４ Ｘ（０ ９ ０ —０ ８ ４
集成运算放大器的线性应用实验
集成运算放大器的线性应用实验佘新平编写一、 实验目的1．了解集成运放的使用方法；2．熟悉集成运放的双电源和单电源供电方法；3．掌握集成运放构成各种运算电路的原理和测试方法。
二、 实验仪器及器件 1．双踪示波器； 2．直流稳压电源； 3．函数信号发生器；4．数字电路实验箱或实验电路板；5．数字万用表；6．集成电路芯片uA741 2块、瓷片电容0.01uF2个、电阻10k 10个、20k 5个、30k 2个、50k 2个、100k 2个、5.1k 1个、3.3k 1个、680k 1个，10k 电位器3个。
三、 预习要求1．熟悉集成电路芯片uA741的引脚图及功能； 2．掌握集成运放的工作特点；3．掌握构各种运算电路的形式及工作原理。
四、实验原理（1）集成运放简介集成电路运算放大器（简称集成运放或运放）是一个集成的高增益直接耦合放大器，通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电路。
集成运放uA741的电路符号及引脚图如图1所示。
图1 uA741电路符号及引脚图任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。
（a ）电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。
如：uA741的7脚和4脚。
（b ）输出端：只有一个输出端。
在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压。
如：uA741的6脚。
最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制，一般比电源电压低1～2V ；输出电压的正负也受电源极性的限制；在允许输出电流条件下，负载变化时输出电压几乎不变。
这表明集成运放的输出电阻很小，带负载能力较强。
调零V - V + -V cc调零 +V cc NC V O（c ）输入端：分别为同相输入端和反相输入端。
如：uA741的3脚和2脚。
输入端有两个参数需要注意：最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压V ic max。
电子电路实验六 比例求和运算电路(集成运放的线性应用)
实验六比例求和运算电路(集成运放的线性应用)
一、实验目的
1.掌握用集成运算电路放大器组成比例，求和电路的特点及性能。
2.学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验仪器
1、数字万用表
1、示波器
2、信号发生器
3、交流毫伏表
三、学习要求
a)计算表6.1中的V o和A f。
b)估算表6.3的理论值。
c)估算表6.4.表6.5中的理论值。
d)计算表6.6中的V o值。
e)计算表6.7中的V o值。
四、实验内容
a)电压跟随器
实验电路如图6.1所示。
按表6.1内容实验并测量记录。
2.反相比例放大器
实验电路如图6.2所示。
V0=-R f/R1V i=-10V i 按表6.2内容实验并测量记录。
3.同相比例放大器
电路如图6.3所示。
按表6.3内容实验测量并记录。
V0=（1+R f/R1）V i=11V i
4.反相求和放大电路。
实验电路如图6.4所示。
按表6.4内容进行实验测量，并与预习计算比较。
表6.4
V0=-R f/R1（V i1+ V i2）
=-10（V i1+ V i2）5.双端输入求和放大电路
实验电路为图6.5所示。
V0=-R f/R1（V i1- V i2）
=-10（V i1- V i2）
按表6.5要求实验并测量记录。
表6.5
五、实验报告
a)总结本实验中5种运算电路的特点及性能。
b)分析理论计算与实验结果误差的原因。
集成运放的线性应用实验报告
集成运放的线性应用实验报告实验目的，通过实验，掌握集成运放的线性应用原理，加深对运放的理解，并学会运用运放进行线性应用。
实验仪器，集成运放实验箱、示波器、信号发生器、电压表、电阻、电容等。
实验原理，集成运放是一种集成电路，具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益等特点，可用于信号放大、滤波、积分、微分等线性应用。
在本实验中，我们将通过实验验证运放的线性应用原理。
实验步骤：1. 搭建基本的运放放大电路，连接电源并调节电压至适当数值。
2. 使用信号发生器输入正弦波信号，观察输出信号波形，并测量输入输出电压。
3. 更改输入信号频率，观察输出信号波形的变化。
4. 接入电容和电阻，组成低通滤波电路，观察输出信号波形的变化。
5. 接入电容和电阻，组成高通滤波电路，观察输出信号波形的变化。
6. 接入电容和电阻，组成积分电路，观察输出信号波形的变化。
7. 接入电容和电阻，组成微分电路，观察输出信号波形的变化。
实验结果：通过实验我们发现，在不同的线性应用中，集成运放都能够有效地进行信号处理。
在放大电路中，输入信号经过运放放大后输出；在滤波电路中，输入信号经过运放滤波后输出；在积分、微分电路中，输入信号经过运放积分、微分后输出。
同时，我们也观察到当输入信号频率变化时，输出信号波形也会相应变化，这说明运放对不同频率的信号都有良好的处理能力。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了集成运放的线性应用原理，并通过实验验证了其在不同线性应用中的有效性。
集成运放在电子电路中具有广泛的应用前景，能够满足不同场合对信号处理的需求。
掌握了集成运放的线性应用原理，我们可以更灵活地设计和应用电子电路，为工程实践提供了有力支持。
实验结束。
以上就是本次集成运放的线性应用实验报告，希望对大家有所帮助。
集成运放的线性应用-答案
集成运放的线性应用（信号运算、有源滤波）1、 解：（1）A ud =100dB ，即A ud =100000若运放线性应用，则有│uo │=│A ud (u P -u N )│=20V ＞15V高于电源电压值，故应工作于非线性区域。
（2）│u P -u N │≤VCC/ A ud =15/100000=0.15mV（3）由A UF 为40dB 得A UF =100A UF =100= A ud /1+A ud *F =100000/1+A ud *F1+A ud *F=1000f Hf =（1+A ud *F ）f H =1000*100=100000 H Z =100k H Z4、解：（1）（a ）图中接入了电压并联负反馈，实现电流－电压转换电路；（2）（b ）图中接入了电流串联负反馈,实现电压－电流转换电路 ；（3）（c ）图中接入了电压串联负反馈，实现输入电阻高、输出电压稳定的电压放大电路；（4）（d ）图中接入了电流并联负反馈，实现输入电阻低、输出电流稳定的电流放大电路。
5、解：u i ＝4sin314t(V) ,V Z ＝6V ，T=20mS如图画出u o1和u o2的波形A1构成电压比较器,其输出被稳压管限制在正负6V ，A2构成反相积分运算电路。
u o1和u o2的波形如右图。
6、解：⑴ 判断电路中的反馈组态：电压并联负反馈。
（2）求电压放大倍数uf A ：设“T ”型网络节点为M ，利用-=+u u ，则⎪⎩⎪⎨⎧=++-=334221R u R u R u R u R u R u o M M M M i 求出143232R R R R R R ui u A o uf ++-== （3）若T 型反馈网络换成一个反馈电阻Rf ，并保持同样的uf A ， 则43232R R R R R Rf ++=输出电压的表达式为 )(d 11O I O 21t u t u RC u t t +-=⎰ 当u I 为常量时)()(100 )()(10101 )()(11O 12I 1O 12I 75112I O t u t t u t u t t u t u t t u RCu O +-=+-⨯-=+--=-－ 若t ＝0时u O ＝0，则t ＝5ms 时u O ＝－100×5×5×10－3V ＝－2.5V 。
第十七讲 集成运放的线性应用
7-4-1 比例运算电路
——uO与ui之间是比例的关系，可实现比例运算。 之间是比例的关系，可实现比例运算。
运放的三种输入方式： 运放的三种输入方式： （1）反相输入 （2）同相输入 （3）差分输入
ui
+
uO ui
+
uO
ui1 ui2
+
uO
一、 反相比例运算电路
1、电路结构 、
if ui
R1 R'
=∞ 模 输 入 电 阻： rid = ∞ 出 电 阻： rO = 0 模 抑 制 比： K CMR = ∞
rO KCMR IIB 0 ∞ 0 IIO 0 UIO BW 零点漂移 0 ∞ 0 ∞
AOd rid ∞
二、 集成运放的电压传输特性
1、线性区 当差模输入信号较小时， 当差模输入信号较小时，输 出与输入是线性的关系。 出与输入是线性的关系。 uO UOH 0 非线 性区 UOL 线 性 区
i =i =0
3、理想运放的输出端为理想电压源 由于理想运放rO=0，因此运放的输出端可以等效为内 ， 阻为0的理想电压源 的理想电压源。 阻为 的理想电压源。
四、 理想运放工作在非线性区时的特点
1、输出电压的值只有两种可能：或等 输出电压的值只有两种可能： 于正向饱和值；或等于负向饱和值。 于正向饱和值；或等于负向饱和值。 理想特性 uO UOH 0 非线 性区 UOL
= i− = 0 输出和输入是反相比例关系， 输出和输入是反相比例关系， 或称之为反相放大器。 或称之为反相放大器。 ii = i f ; i+ R′ = 0; ⇒u+ = 0; “虚地”的好处是：运放的共模输 虚地” 虚地 的好处是： 由虚短： + 由虚短： u = u − 入电压为0 共模抑制比高。 入电压为0，共模抑制比高。 ⇒u− = u+ = 0; —“虚地”是反相输入方式独有的一个重要特点。 虚地” 虚地 是反相输入方式独有的一个重要特点。
第五章-集成运算放大器的线性应用全篇
ui1
R
ui2
R
-Δ ∞
R3 i3
+
+
uO1
-Δ ∞
+
u0
+
加/减运算电路
实现将若干个输入信号之和或之差按比例 放大的电路，称为加/减运算电路。
反相加法器
同相加法器
减法器
加减器
加法与减法运算电路（1）
i3
ui3
if Rf
➢反相加法器(Summing Amplifer)
R3
电路结 构特点
Rf引入深度负反馈 输入信号均加入反向端
(1
Rf R1
)ui
比例运算电路（5）
输入电阻
rif
ui I
ui 0
因为电路引入电压负反馈， 输出电阻 ro=0
if Rf
i1 R1 I- -Δ ∞
+
+
+
+
ui
R’
u0 -
-
ui R’
当Auf=1时，称为电压跟随器。
此电路是电压并联
Rf
负反馈，输入电阻大，
输出电阻小，在电路
-Δ ∞ +
+
u0 ui
_
uo1= ui1=-1V
+
ui1
+
R1
R2
R1
R1
_
+
ui2
+
RP uo2= ui2(1+R2/R1)=3V
R2
_
uo
+
+
R2
uo=
R2 R1
(uo2- uo1)
=(20/10)[3-(-1) ]
集成运放的线性应用
三、滞回比较器（施密特触发器）
输入电压ui经电阻R1加在集成运放的反相输入端，参考电压 UR经电阻R2接在同相输入端，此外从输出端通过电阻Rf引回反 馈，引入的反馈类型为电压串联正反馈。因此同相输入端的电压 uP是由参考电压UR和输出电压Uo共同决定的，Uo有-Uo(sat)和 +Uo(sat)两个状态。在输出电压发生翻转的瞬间，运放的两个输 入端的电压非常接近，即uN=uP。因此可用叠加原理来分析它的 两个输入触发电平。
从图3-19（b）所示特性曲线可以看出，当ui从小于UTH2逐 渐增大到超过UTH1门限电平时，电路翻转为-Uo(sat)；当ui从大 于UTH1逐渐减小到小于UTH2门限电平时，电路再次翻转为 +Uo(sat)；而ui处于UTH1和UTH2之间时，电路输出将保持原状 态。
四、窗口比较器
谢谢观看！
集成运放的线性应用
4.1.2 差动放大电路的基本形式
差动放大电路是一种具有两个输入端且 电路结构对称的放大电路，其基本特点是只 有两个输入端的输入信号间有差值时才能进 行放大，即差动放大电路放大的是两个输入 信号的差，所以称为差动放大电路。
1.电路构成与特点
图3.1所示为差动放大电路的基本形式， 从电路结构上来看，它具有以下特点。
（1）共模电压放大倍数Auc
（2）共模抑制比KCMR
4.1.3 差动放大电路的输入、输出形式 当信号从一个输入端输入时称为单端 输入；从两个输入端之间浮地输入时称为 双端输入；当信号从一个输出端输出时称 为单端输出；从两个输出端之间浮地输出 时称为双端输出。因此，差动放大电路具 有四种不同的工作状态：双端输入，双端 输出；单端输入，双端输出；双端输入， 单端输出；单端输入，单端输出。
放大倍数，u+ 和u- 分别为同相输入端和反 相输入端电压。
对于理想运放，Aod=∞；而uo为有限值， 工作在线性区时，有：u+-u-≈0，即：
u+≈ u这一特性称为理想运放输入端的“虚 短”。“虚短”和“短路”是截然不同的两 个概念，“虚短”的两点之间，仍然有电压， 只是电压十分微小；而“短路”的两点之间， 电压为零。
1． 运放工作在线性工作区时的特点
在集成运放应用电路中，运放的工作 范围有两种情况：工作在线性区或工作在 非线性区。 线性工作区是指输出电压uo与输入电 压ui 成正比时的输入电压范围。在线性工 作区，集成运放uo 与ui 之间关系可表示为：
uo=Aodui=Aod(u+-u-)
式中，Aod为集成运放的开环差模电压
同相比例运算电路又称为同相放大 器，其电路如图4.16所示。输入电压加 在同相输入端，为保证运放工作在线性 区，在输出端和反相输入端之间接反馈 电阻Rf构成深度电压串联负反馈，R′为
模拟电子技术基础课件第8章集成运算放大电路的线性应用
3.差动输入特点
利用“虚短”、“虚断 ”和叠加原理，并利用静 态 平 衡 条 件 （ R1=R2 ， R3=RF ），可以求出Uo 与 Ui2和Ui1的差成比例。
输出电压Uo只与输入的差模部分有关，输入的共 模电压和运放偏置电流引起的误差被消除 。
17
电路静态平衡条件
由于集成运放输入级一般 采用差动电路，要求输入电 路两半的参数对称。 Rn=Rp Rn ：运放反相端到地之间 向外看的等效电阻； Rp：运放同相端到地之间 向外看的等效电阻。
Ri 100k
可以看出，该电路的比例系数为-50,输入电 阻得到了提高而反馈电阻不必很大。
30
8.2.3 加减运算电路
1. 加法运算电路 （1）反相端输入
U U 0
1) 节点电流法求解：
I f I i1 I i 2 I i 3 U i1 U i 2 U i 3 R1 R2 R3
2
本章的重点和难点
重点: 掌握基本运算电路（比例、加减、积分、 微分、对数、指数、乘法、除法）运算电路的 工作原理和运算关系，利用“虚短”和“虚断 ”的概念分析这些运算电路输出电压和输入电 压的运算关系。 理解模拟乘法器在运算电路中的应用。
3
本章的重点和难点
难点： 运算电路运算关系的分析和识别；对数、指 数运算电路和有源滤波电路的分析计算。
RF 整理得： O U i U R
输入电阻： Ri R
输出电阻：Ro 0
电压并联负反馈
R R // R f
'
20
2．同相比例运算电路
U U Ui
I I 0
U 0 Uo U R RF
整理得：
集成运算放大器的应用基础
U R1
2.电压放大倍数
由图5-16可见R1和Rf组成分压器，反馈电压
Uf＝Uo
R1 R f R1
由于Ui＝Uf，则
Ui＝Uo
R1 R f R1
或Uo＝
R1 R f R1
Ui＝（1+
Rf R1
）Ui
由上式可得电压放大倍数
Rf Uo Auf＝ ＝1+ R1 Ui
上式表明：同相输入放大电路中输出 电压与输入电压的相位相同，大小成比 例关系，比例系数（1+）。 在图5-16中如果把 Rf 短路（ Rf＝0）， 把 R1 断开（ R1→∞），则 Auf＝1。即输入 信号Ui和输出信号Uo大小相等，相位相同。
由于集成运放的差模输入电阻 Rid→∞,输入 偏置电流IB≈0，不向外部索取电流，因此两输 入端电流为零。即Ii-＝Ii＋＝0，这就是说，集 成运放工作在线性区时，两输入端均无电流， 称为“虚断”。 由于理想运放开环电压放大倍数为无穷大， 最大输出电压UO＝Aud（U＋－U-）为一有限值， 所以两输入端电位近似相同，即U-＝U＋。由此 可见，集成运放工作在线性区时，两输入端电 位相等，称为“虚短”。
三、运算放大器的基本电路
（一）反相输入放大电路 （二）同相输入放大电路
（一）反相输入放大电路
1．“虚地”的概念
2．电压放大倍数 3.输入电阻，输出电阻
图5-15所示为反相输入放大电路， 输入信号经R1加到反相输入端，Rf为反馈 电阻，经Rf把输出信号电压Uo反馈到反相 端，构成深度电压并联负反馈。
3.输入电阻、输出电阻
由于采用了深度电压串联负反馈，该 电路具有很高的输入电阻和很低的输出 电阻。(Rif→∞，Ro→0)。这是同相输入 式放大电路的重要特点。
3.4集成运算放大器的应用
退出
结束
The End
退出
运算电路图 幅频特性
低频 衰减
高频 通过
退出
本章小结
本章的主要内容是在基础放大模块层面 之上的级间问题。集成运放则又上到集 成芯片层级，是实际应用性的电路。
负反馈的分类及判断方法
正负 瞬时极性法 交流直流 反馈元件法 电压电流 串联并联
输出短路法 叠加点接地法
退出
负反馈的作用 减小整体增益，但提高增益稳定性 拓展通频带，频率特性改善 减少非线性失真 电压负反馈稳定输出电压，减小输出电阻； 电流负反馈稳定输出电流，增大输出电阻；
退出
为了提高滤波效果，可以再加上一节RC网络，构成二阶低 通电路。这样高频信号衰减速度更快，为-40dB/十倍频程。 运算电路图 幅频特性
引入反馈，加强 高频段衰减程度 退出
（2）高通滤波器
低通滤波器即是高频信号能通过而低频信号不能通过的滤波器。 将低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容互换，即成为高通。
2. 集成运放的线性区与非线性区 （1）线性区
满足uo Aod (u u )
为了使运放工作在线性区，集成运放外围都接有深度负反馈， 以减小其净输入电压，从而使其输出电压不超出线性范围。 有两条基本结论：
u u 0即u u
称之为“虚短”现象，即同相端“+”与反相端“–”电位 相同，但并非真正短路，即两端之间无电流导通。
上述结论也可利用叠加定理来导出。
退出
3.4.3 信号处理电路
1. 滤波器
滤波器是一种能使部分频率的信号顺利通过而其他频 率的信号受到很大衰减的装置，在信息处理、数据传 送和抑制干扰等方面广泛应用。
退出
（1）低通滤波器
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实训九 集成运放的线性应用内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路一、实训目的1.掌握集成运算放大器的使用方法。
2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。
3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。
二、实训测试原理 1. 反相放大电路电路如图（1）所示。
输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。
根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。
又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。
但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。
则有 f 1i i =,1i =1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1f R Ri U 。
运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。
图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器2. 同相放大电路电路如图（2）所示。
输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。
根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i1f0)1(U R R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。
三、实训仪器设备1.直流稳压电源2.万用表3.示波器四、实训器材1. 集成块μA741(HA17741)2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×23. 电位器1KΩ×1五、实训电路图（3）反相比例运算实训电路图（4）同相比例运算实训电路六、测试步骤及内容1. 反相比例运算实训1）按图（3）所示的电路正确连线，其中集成运放用的是μA741。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）两个2KΩ电阻和1KΩ的电位器R P组成简易信号源。
简易信号上加上正负电源。
调节R P可以改变A点对地电位的大小，没有做实训之前，先调R P使A点对地电压小一些。
4）将运放的输入端接到A点，调节R P，使Ui按表1中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
2. 同相比例运算实训1）按图（4）所示的电路正确连线。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）简易信号上加上下负电源。
同反相比例运算实训，在没有做实训之前，先调R P使A 点对地电压小一些。
4）将运放的输入端接到A点，调节R P，使Ui按表1中的数值要求（要用万用表在路监测），然后用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
表1 反相、同相比例运算测试3．当输入信号为交流信号时，重复步骤1和2.并用示波器观察输入及输出之间的相位关系，表格自拟，在实验报告中做出。
七、注意事项1. 集成运放μA741，实际运用中的工作电压在±10V~±15V范围内，对应7脚接正电源，4脚接负电源，切不可接反，否则将损坏集成块。
2.在接线时，注意正负电源的连接，正负电源无论在什么情况下，均不允许对地短路，以免烧坏电源。
3.集成运放的输出6脚不能对地短路。
4.电路在改接时，要先关掉电源，改接完正确无误后才可接通电源。
5.实训中如出现任何异常情况，都要先切断电源，再视情况加以处理。
八、思考题结合理论计算结果与实际测量结果进行比较进行分析，若存在误差，分析误差产生的可能原因。
内容二 集成运放加、减法运算一、实训目的1. 进一步掌握集成运算放大器的使用方法。
2. 了解集成运放构成加、减法运算电路的工作原理。
3. 掌握集成运放加、减法运算电路的测试方法。
二、实训测试原理1.加法运算电路如图（1）所示。
输入信号从反相输入端加入，又称反相加法运算电路。
输入信号可以有多个，支路可对外扩展。
分析方法与反相放大器相似，利用虚短、虚断和虚地概念可得0U =-(i22f i11f U R RU R R +)，若取R 1=R 2=R f ,则 )(i2i10U U U +-=， 即可实现加法运算。
图（1） 加法运算电路 图（2） 减法运算电路2、减法运算电路电路如图（2）所示。
信号分别由同相端和反相端同时输入。
利用虚断和虚短的概念有i11f i23231f 10U R R U R R R R R R U -++=，若取R 1=R 2，R f =R 3，则 0U =i1i21f (U U R R-)， 即输出电压正比于两个输入信号电压之差。
当R 1=R f 时 i1i20U U U -= ，即可实现减法的运算。
三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表四、实训器材1. 集成块 μA741(HA17741)2. 电阻 10K Ω×2 100K Ω×2 2 K Ω×2 2 .4K Ω×2 4.7 K Ω×13. 电位器 1K Ω×2五、测试电路图(3) 反相加法器电路图(4) 减法器电路六、测试步骤及内容1. 反相加法运算实训1）按图（3）所示的反相加法电路正确连线。
2）将双路直流稳压电源两路均调到12V，分别接到集成运放的7脚和4脚，注意7脚是正电源，4脚是负电源，不能接错。
3）两个2KΩ、2 .4KΩ电阻、两1KΩ的电位器R P1和R P2组成两路简易信号源。
简易信号上加上下负电源。
调节R P1可以改变A点对地电位的大小，调节R P2可以改变B点对地电位的大小没有做实训之前，先使A、B点对地电压小一些。
4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节R P1、R P2，使输入信号按表1中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表1中。
5）根据理论，计算出表1中的理论结果。
填入表中。
表1 反相加法运算2. 减法运算实训1）按图（4）所示的减法电路正确连线。
2）注意集成电路电源的连接。
不能接错。
3）分别调节R P1、 R P2先使A、B两点对地电压小一些。
4）将运放的输入端Ui1接到A点，Ui2接B点，分别调节R P1、R P2，使输入信号按表2中的数值要求（要用万用表分别在路监测），然后再用万用表测出不同输入时的对应输出电压，填入表2中。
5）根据理论，计算出表2中的理论结果。
填入表中。
表2 减法运算七、注意事项1 . 集成运放μA741，实际运用中的工作电压在±10V~±15V范围内，对应7脚接正电源，4脚接负电源，切不可接反，否则将损坏集成块。
2 . 在接线时，注意正负电源的连接，正负电源无论在什么情况下，均不允许对地短路，以免烧坏电源。
3 . 集成运放的输出6脚不能对地短路。
4 . 电路在改接时，要先关掉电源，改接完正确无误后才可接通电源。
5 . 实训中如出现任何异常情况，都要先切断电源，再视情况加以处理。
八、思考题结合理论计算结果与实际测量结果进行比较进行分析，若存在误差，分析误差产生的可能原因。
内容三微积分运算一、实训目的1．熟悉集成运放的线性应用——微积分运算关系；2．掌握微积分运算的测试方法。
二、实训原理1．实训电路2．基本原理 1）积分运算电路图（1）所示为积分运算电路。
积分电路是控制和测量系统中的重要组成部分，它可以实现延时、定时以及产生各种波形。
其中R 为直流反馈电阻，用于稳定静态工作点，断开它运放将无法调零。
由于其取值较大，对电路交流工作影响较小，可以忽略不计。
利用虚短、虚断和虚地概念可知dt U CR dt i CU ⎰-=⎰-=i 1c 011 。
由此可见，输出电压U O 与输入电压U i的积分成正比，实现了积分的运算。
2）微分运算电路图（2）所示为微分运算电路。
它是将积分电路中的电阻与电容的位置互换。
在脉冲数字电路中，常用来实现波形变换。
根据虚短、虚断和虚地概念可知dtdU C R U if 0-=，由此可见，输出电压U O 与输入电压U i 的微分成正比，实现了微分的运算。
三、实训仪器设备 1．函数发生器 2．双路直流稳压电源 3．双踪示波器 4．万用表 四、实训器材1. 集成块 μA741(HA17741)2. 电阻 R 1=R 2= 100K Ω R=1M Ω R 3=R f =1 K Ω3. 电容 0.47μF ×1 0.01μF ×1五、测试步骤及内容1．积分运算关系的测定根据图（1）所示电路连线，取R1=R2= 100KΩ、R=1MΩ、C=0.47μF （τ=RC=47ms），给电路加上合适的直流电源。
调节函数发生器中的矩形波电压的频率为1KHz不变，幅值为1V（T=1/1000=1ms<<τ）,在电容两端的电压u C即为积分输出电压U O,将方波电压U i接到示波器的一个通道, U O接示波器的另一个通道，观察并描绘U i和U O的波形图，并读出其波形的幅值大小U ip-p=（），U op-p=（）。
2．微分运算关系的测定根据图（2）所示的电路正确连线，取R3=R f=1 KΩ、C=0.01μF（τ=RC=0.01ms），输入信号为矩形波电压信号，其频率同上（T=1/1000=1ms>>τ），在电阻R两端的电压u R即为积分输出电压U O,将方波电压U i接到示波器的一个通道, U O接示波器的另一个通道，观察并描绘U i和U O的波形图，并读出其波形的幅值大小U ip-p=（），U op-p=（）。