实验五 比例运算电路

比值 Auf 可以大于1， 也可以小于 1．当 RF = R1 时，A = -1，这时电路称为单位增 A 益倒相器或反相器。
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根据电压并联负反馈电路的特点，它的输人 电阻和输出电阻都将减小。根据虚地的概念， 从信号源看进去的输入电阻近似为 R1 。 由于运算放大器的输入级均采用差分电路， 因此在实际应用电路中，为了确保它的两端处 于平衡的工作状态，必须使输入级的偏流在两 个输入端的外接电阻上产生相等的压降，以保 持严格的对称，避免产生附加的差动输入电压。 为使反相输入端与同相输地的电阻相等，在图 3-8-1中应使 = RP R1
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集成运算放大器在运算方面的应用，主要有 比例、求和、微分、积分、对数、指数、乘法 和除法等。对模拟量进行上述运算时，要求输 出信号反映输入信号的某种运算结果，由此可 以想到，输出电压将在一定的范围内变化，因 此集成运算放大器必须工作在线性区。为了保 证运算放大器工作在线性区，电路中都引入了 深度的负反馈。 反相放大器和同相放大器是集成运算放大器 的最基本的应用电路，许多集成运算放大器组 成的功能电路都是在反相和同相两种放大器的 主菜单 基础上组合演变而来的。
理想集成运算放大器具有开环增益无限大，输 入阻抗无限大，输出阻抗为零，带宽无限大，共 模抑制比无限大，失调及温漂为零等特性。实际 运算放大器只能在一定程上接近理想条件。根据 理想条件，由于运算放大器引入深度负反馈，使 集成运算放大器工作在线性范围，集成运算放大 器的应用电路性能分析便是基于以下两个基本法 则：
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七 思考题
1．在理想运算放大器情况下，从反相放大 器信号源两端向放大器看进去多少?它有何 特点? 2．理想的运算放大器具有哪些特点? 3．电压跟随器在多级放大器中的位置应如 何确定?
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①由于理想运算放大器的开环差模电压 增益为无限大，只要集成运算放大器的输 出 电压为有限值，差模输入电压( U+- U− )就必 须趋于零，即
U0 U+ - U− = →0 Aud
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或
U+ ≈ U−
由于理想运算放大器的开环差模输入电阻趋于无穷大，因 而流进集成运算放大器 输入端的电流必趋于零，即： i → I
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同相放大器
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必须注意。同相比例运算放大电路的特点是，其 集成运算放大器输人端存在着比较高的共模输入 U= 电 压 ， 不 存 在 虚 地 现 象 。 又 由 于 在 图 中 ，+ U− = U i ，因此可以将两个输入端看成是虚短路。由 此可以求出同相比例运算放大电路的电压放大倍 数 UO RF Auf = （3-8-2） U =1+
输入失调电压 输入失调电流 共模抑制比 差模电压增益 单位增益带宽
典型值 ±2．O ±5．O 70 100 1
单位
mV nA dB dB MHz 主菜单
四运算放大器LM324的主要性能特点有： 电 源 范 围 为 单 电 源 3 ～ 30V ， 双 电 源 ±1．5～±15V： 单位增益频率为内补偿式； 不需要外部调零； 净静态功耗很低； 与TTL逻辑电路相容。
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二 预习要求
1．复习运算放大器的工作原理、理想运 算放大器的理想化条件及两条分析理放大 器的基本法则。 2．巩固负反馈在电路中所起的作用及相 关的理论知识。 3．预习基本运算放大器电路的组成形式 及电路参数设计的理论依据。 4．预习实验测量内容及方法。
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三 基本原理
集成运算放大器是具有高放大倍数的直接 耦合放大电路，它是模拟集成电路中发展 最快、运用性最强的一类集成电路，可以 用作信号的放大、运算和处理，也可以用 作波形的产生和变换，使用极其灵活方便。
O O
五 实验设备
1．双踪示波器(YB4320A)1台 2．信号发生器(DFl641D)1台 3．低频毫伏表(YB2172)1台 4．模拟电路实验箱(DM99—2A)1个 5．万用表(DT8400)1块 6．集成运算放大器若干
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．
六 实验报告与要求
1．整理实验的设计步骤，画出设计电路图， 标注元件参数值，并对电路的t简要说明。 2．列表处理测试数据，比较测量值与估算 值的大小，如有差距请分析误主因。 3．总结模拟集成电路LM324的使用特点。
0
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1.反相比例运算放大电路 1.反相比例运算放大电路
反相比例运算放大电路如图所示。输入信 号己经电阻接到运算放大器的反相输入端， 而同相输入端经过电阻 接地。输出电压经 与分压后反馈到反相输入端，构成一个闭 环系统。反相比例运算放大器实际上是一 个深度的电压并联负反馈电路。
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反相放大器
实验五 集成运算放大器在信 号运算方面的应用(一) －－比例运算电 路
一、实验目的 二、预习要求 三、基本原理 四、实验内容 五、实验设备与器材 六、实验报告要求 七、思考题
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一 实验目的
1．本实验为设计性实验。通过对运算放大 器几种基本电路的设计与测试，理解和认 识放大器的工作原理及电路组成。 2．初步掌握集成运算放大器电路在实际 应用中的设计方法和调试测量技术。 3．理解运算放大器的“虚地”、“虚短”、 “虚断”等概念。
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电压跟随器
Байду номын сангаас
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本实验及后面的其他实验多采用LM324集 成电路，它包含四个独立的高增益、内部 具有频率补偿功能的运算放大器。它既可 以单电源使用，也可以双电源使用。其封 装形式为14脚双列直插式，外引脚功能如 图所示，而主要电参数值如下表
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表3．8．1 LM 324主要参数值 参量名称
RF
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2 同相比例运算放大电路
同相比例运算放大电路如图所示。输入 信号 U i 经电阻 R1 接到运算放大器的同相输 入端，反相输入端经 R2 接地。为了保证电 路稳定工作，反馈信号仍需接到反相输入 端。由图3-8-2可知，它是属于电压串联负 反馈。在同相比例运算放大器的实际电路 中，也应使 R2 = R1 //RF ，以保证两个输入端 对地的电阻相等。
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LM324外引脚功能示意图 LM324外引脚功能示意图 324
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四 实验内容
1 反相比例运算放大器的设计与调试 设计一个电压放大倍数 Auf =100、输入电阻不小 于l kΩ的反相比例运算放大器。 完成电路的参数设 计并验证其性能，将上数据记入表中。 2 同相比例运算放大器的设计与调试 设计一个同相放大器，其电压放大倍数 Auf =11， 输入电阻 R>500 kΩ 。 i 3 带有跟随器的多级放大器的设计与调试
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由图可知，在同相输入端，由于输入电流为 R 零， P上没有压降，因此U + =0。又因在理想情 U 况下， − = U +，所以 U −≈0，这种现象称为虚地. 虚地是反相放大器在闭环工作状态下的一个重 要特点。 由于从反相输入端流入集成运算放大器的电 流为零，据此可以求得电压放大倍数为 RF Auf = U 0 ≈ R1 Ui （3-8-1） 即放大器的输出电压与输入电压的幅值成正比， Auf 决 定 于 电 阻 R F 与 但相位相反，比值 取 主菜单 之比，而与集成运算放大器内部各参数无关。 R1
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比例运算放大器数据表
电路 形式 反相 放大 器 同相 放大 器
Ui
UO
Auf
Ri
Ro
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3．带有跟随器的多级放大器的 设计与调试技术要求
在某温度控制系统中，要求当温度降低到 100 C 时报警，已知在100 C时传感器 的信号电压为2mV，而报警系统则需要有4V 左右的电压才能驱动，试设计一个考虑 使用跟随器的多级放大器，并调试之。 若要求多级放大器的输出电压与输入 主菜单 电压相位相同，此时电路应如何考虑？
i
R1
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A 从式(3-8-2)可以看出， uf 总是大于或等于1。根 据电压串联负反馈的特点，这种电路的输入电阻 高，输出电阻低。 在图所示的电路中，当 RF=0(或 R1 ∞ = )时， Auf 由式(3-8-2)可得 =1，这时电路称为电压跟随 器，如图3-8-3所示，此时输出电压与输入电压 Ui 的关系为 = U O ，它与射极跟随器相似，具有 良好的跟随和隔离作用，故在实际电路中得到了 广泛的应用。