运算放大器的仿真实验

实

验

报

告

册

指导教师邱刚

课程名称模拟电子技术基础

实验名称集成运算放大器的设计

实验类型设计

学院名称电子与信息工程专业电子与信息工程

年级班级2011级电信3班学生姓名赵明贵

学号201107014314 成绩

2012年11月29日实验四集成运算放大器的设计

运算放大器应用电路的设计与制作

一．实验目的

1.掌握运算放大器和滤波电路的基本工作原理；

2.掌握运用运算放大器实现滤波电路的原理方法；

3.会用Multisim10对电路进行仿真分析；

二．实验内容

1.讲解运算放大器和滤波电路的基本工作原理；

2.讲解用运算放大器实现滤波电路的原理方法；

3.用Multisim10对二阶有源低通滤波电路进行仿真分析；

三．实验仪器

Multisim10软件;电阻若干，导线若干，线路板一块，ua741运放两个，万用表，实验箱。

四．实验原理

集成运算放大器是高增益的直流放大器。在它的输入端和输出端之间加上不同的反馈网络，就可以实现各种不同的电路功能。可实现放大功能及加、减、微分、积分、对数、乘、除等模拟运算及其他非线性变换功能；将正、负

两种反馈网络相结合，还可具有产生各种模拟信号的功能。

本实验着重以输入和输出之间施加线性负反馈网络后所具有的运算功能进行研究。理想运放在线性运用时具有以下重要特性：

（1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即。

（2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似相等，即：。

1.反相放大器

信号由反相端输入，电路如图3-1所示。在理想条件下，放大器的闭环增益。

增益要求确定之后，与的比值即确定，在选择其值时需注意：与不要过大，否则会引起较大的失调温漂；但也不要过小，否则无法满足输入阻抗的要求。一般取为几十千欧至几百千欧。

当时，放大器的输出电压等于其输入电压的负值。此时，它具有反相跟随的作用，称之为反相器。

2.同相放大器

信号由同相端输入，电路如图3-2所示。在理想条件下，放大器的闭环增益为

图3-1 反相放大器图3-2 同相放大器当为有限值时，放大器增益恒大于1。当→∞（或=0）时，同相

放大器具有同相跟随的作用，即，称之为跟随器。跟随器有图2-3所示的两种电路形式，具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，且有阻抗变换的作用，常用来做缓冲或隔离级。

图3-3电压跟随器

3.加法器

根据信号输入端的不同有同相加法器和反向加法器两种形式。原理电路如图3-4和图3-5所示。

图3-4同相加法器图3-5反相加法器图3-5的反相加法器，运放的输入端有一端接地，另一端由于理想运放的“虚地”特

性，使得加在此输入端的多路输入电压可以彼此独立地通过自身输入回路电阻转换为电流，

精确地进行代数相加运算，实现加法的功能。

同相加法器的输出电压为

式中，。因此与每个回路电阻均有关，要满足一定的比例关系，调节不便。反相加法器的输出电压为

当时，)。

4.减法器

减法器实际上是反相放大器与同相放大器的组合，电路如图3-6所示，在理想条件下，输出电压与各输入电压的关系为

图3-6减法器

取电阻，，则

五.设计内容

用运算放大器UA741完成下面的实验内容，UA741的工作电压为±12 V。

1.第10周：设计一个满足如下公式的加法电路（必须同时使用两个运放）

检查方法：输入交流或者直流电压，输出结果应该满足公式。

2.第11周：设计一个满足如下公式的加法电路（必须同时使用两个运放）

U O = (U i2-4U i1)

检查方法：输入交流或者直流电压，输出结果应该满足公式。

五．注意事项

在焊接电路板时，需避免因焊接不当造成电路短接的现象，导致将运放烧坏。在使用导线时，因尽量使用较短的导线，最好使用接线柱，这样可以减少实验的误差。

六．实验原理仿真图：

1.加法如图：

由虚短与虚短知：

U N=U P=0，

I N=I P=0

-=

U O=-(2U i1+3.5U i2)

2减法如图：

由虚短与虚断得：I N=I P=0，U N = U P = U i2

= , U O = (1+)(U I2)- U i1

即：U O = (U i2 - 4U i1)

七．误差分析：实验当中所使用的电阻与标准值之间存在一定的误差，在焊接时所使用的导线也会给实验造成一定的误差。以及万用表的读数不稳定，输入电压与实际电压的不一致都给实验造成了误差。

八．数据记录及处理。

加法：公式：

减法：公式：

电压Uo 理论值仿真图

直流输入

1.000 0.999 -3.042 -0.3 K

-1.000 -2.001 2.078 2 L

-1.998 -4.003 -4.198 -4 M

-1.005 -1.998 2.154 2 N

0.499 3.003 1.026 1 O

电压Uo 理论值仿真图直

流

输

入

0.501 0.499 -2.783 -2.75 A

-0.601 -0.601 3.376 3.3 B

0.700 0.702 -3.965 -3.85 C

0.800 0.500 -3.618 -3.5 D

0.801 0.301 -3.015 -2.9 E

交

流

输

入

0.200 0.500 2.028 2 F

0.401 0.499 2.578 2.5 G

0.499 0.601 3.146 3.05 H

0.501 0.701 3.514 3.35 I

0.801 0.700 4.249 4.1 J