运算放大器的线性应用和非线性应用

实验箱双电源的接法
四运放管脚图
TL084、LM324
运放的检测电路
当Uo=Ui1时，运放是好的。
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
4、原理分析
一、理想运算放大器概念 1.开环差模电压增益Aud→∞； 2.差模输入电阻Rid→∞ 3.差模输出电阻Rod→0 4. KCMR→∞ 5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温 漂均为零； 6.输入偏置电流IIB=0
7. 3dB带宽BW=∞
ห้องสมุดไป่ตู้
运算放大器的两种基本反馈组态 1、运算放大器的开环传输特性
因为串联电压负反馈使输入电阻增大， 输出电阻减小，所以闭环Rif=∞，Rof=0。
五、反相加法器
又因为 if=i1+i2+i3，则
六、同相相加器
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
注:
讨论:① IDz大,则充电电流大,则 产生的C(结电容小),输出矩形波 的上升沿陡直.
② IDz小,则充电电流小,则产生的C(结电容大), 输出矩形波的上升沿较缓. ③ IDz的取值在3mA～10mA范围,都可使稳压管正常 工作.但由①和②的分析可知, IDz取得大一些, 即:R3小一些为好。
又由于 所以 如果取R2=10K,则 R1=11K
2、求R ∵ f=750HZ, 取C=0.01uf ,则
取R=68K
3、求R3 R3为稳压管的限流电阻. ∵Dz=3V, 其额定功率为0.5W,使用它时,一般取 它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。 这样可算出其额定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA, 由手册上给出一般稳压管的IDzmax=10mA。因此， 0.05W/(10mA)2=500Ω =Rimin 。 如取IDz=8mA，则R=5V/8mA=0.625K,取R=620Ω 。
电路中D1和D2的作用是什么？为使电路起 振R3、RW和R4应满足什么条件？
正反馈支路
负反馈支路
稳定输出幅度
电阻不能太大 调节Auf使电路容易起振
C1、C2、R1、R2 构成文氏桥电路，则有C1=C2， R1=R2
要求输出信号频率f=1KHZ,电路中
取C1=C2=104Pf,则R=R1=R2，取15KΩ （103的电容→0.01µf) 要满足电路的起振条件，则要求：Au·Fu≧1
1） Ec= ±9V
2)
RL= 5.1KΩ
（三）设计
已知：
（四）测量 1)ui=0.1V(直流)
2)ui=0.1V(交流有效值)
J2.设计一个反相加法电路 一、设计技术指标 1）运算关系UO=-（5Ui1+2Ui2) 2)Ri1≥5KΩ , Ri2≥5KΩ 。 二、设计条件 1） Ec= ±9V
2)
RL= 5.1KΩ
三、设计
已知： O=-（5Ui1+2Ui2) U
Rp可以用12KΩ与510 Ω串联
四、测量
示波器观测波形
• 输入－－ch1、输出－－ch2
Ch1、ch2耦合：直流
实验三十七 运算放大器非线性应用电路
J1.设计一个方波发生器 一、技术指标 1、电路结构要求 2、电路指标
电工电子实验技术（下册）
运算放大器的讲课课件
主要授课内容：
一、理想运算放大器概念 二、理想运算放大器特性 三、反相比例放大器 四、同相比例放大器 五、反相加法器 六、同相相加器 七、实验三十六 运算放大器线性应用
运算放大器
集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和 输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud 可以达到上千。 如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运 算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用 十分广泛。 为了分析方便，把实际运算放大器简化成 理想运算放大器。
3．闭环输出电阻Rof
理想运放Ro≈0，所以Rof=0
四、同相比例放大器
判断反馈类型：串联电压负反馈
1．Auf
根据深负反馈的条件（或理想运放的 虚短概念）可知：
2、闭环传输特性
增加负反馈使线性范围增大
若R1开路（或R1→∞）、R2=0，则Auf=1， 称为电压跟随器。在实验室里，经常用电 压跟随器来检测运放的好坏。
则R4≈10rDr ,其中rDr为D1、D2内阻，
（R4‖rDr ‖rDr ≈ rDr）
约为：几十～几百欧，则取R4=2.2KΩ 。
R3≦1/2（RW+R4）
取R3=10KΩ ，RW=22KΩ 电位器。
二、理想运算放大器特性
1.“虚短”特性 当运放工作在线性状态时，由于
所以： 2.“虚断”特性 当集成运放工作在线性状态时， 所以：
三、反相比例放大器
虚地 判断反馈类型：并联电压负反馈
1．Auf
根据深负反馈的条件（或理想运放的虚断 概念）可知：
因此：
2、闭环传输特性
2．闭环输入电阻Rif
根据虚地的概念得到 ：
三、实际测量
双向限幅器
两只稳压管稳定电压分别为Uz1、Uz2，正向导通电压为UDON，则在 输出电压Uo在范围-（Uz2+ UDON ）<Uo<Uz1+ UDON内变化时，稳 压管均不击穿，运放组成反相放大器。其传输关系为Uo=UiRf/R1。当输出电压Uo变化到大于等于Uz1+ UDON时，稳压管 Dz1反向击穿，此时输出电压被限定在Uo= Uz1+ UDON 的数值上。 同理当Uo变化到小于-（Uz2+ UDON ）时，Dz2反向击穿，Uo被限 定在-（Uz2+ UDON ）的数值上。
·
A 1
C R ＋ · Uf
Rf R1
A －
R C
Rf
＋
R1 －
t°
Rf
1 R R A 1 得到：A>3 3 －
1
C
因此：
R f 2R1
(b)
通常R1或者Rf为热敏电阻。 起到外稳幅的作用： R1是正温度系数, Rf是负温度系数。 稳幅过程： UO↑负反馈电流↑ T ↑ R1↑、 Rf↓负 反馈↑ UO↓ Rf和R1引入的电压串联负反馈有助于改善波形 减小失真。 文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好， 故得到了广泛的应用。
首先讨论正反馈网络：
幅频特性和相频特性表达式为
其中
1 o RC
F
＋ R Uo C － (a) RC串并联网络 R
·


UF


1 H(
UO
C ＋ Uf －
·
1 3 j CR 1 CR
3
1 令： 0 RC
F

UF

1 ＝R U O 0 3 C j o (b) o
uo UCC UCC － ud ＋ Au uo 0 Au u d ＝U－－U＋ ∞
－UEE
(a)
－UEE
(b)
(a)运算符号；(b)开环传输特性
说 明 (1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的 信号输出为同相放大。 (2)“−”表示反相输入端，表明从该端输入的 信号输出为反相放大。 (3) 集成运放是高增益的直接耦合放大器。 其开环放大倍数非常大。
(1)输出信号频率
f=750HZ 图7-16 方波发生器
(2)输出信号电压幅 度为:Uo≧3V
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:
强调:
在低频范围(如10HZ ～ 10KHZ)内,对于固 定频率来说此电路是一较好的振荡电路.当振 荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以 选择转换速率较高的运放为宜. (4)电路的工作原理
充电 放电
+ +
Uo=Vz+ UDoN
(5)电容器端电压随时间变化规律为
二、设计过程
1、求R1和R2的值,可使F=0.47,则 T=2RC
1
根据相位起振条件求振荡频率ωOSC 根据相位平衡条件，当ω= ωO时，
A F 2n
为正反馈。因此振荡频率为：
OSC
1 o RC
当ω= ωO时，F=1/3。
由振幅起振条件求开环增益A 将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器
＋ ＋ A － t° Ui
·
＋ R Uo C － (a)