实验三 运放线性应用
运放的线性应用原理
运放的线性应用原理1. 引言运放（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的电子元件，广泛应用于各个领域，如信号处理、测量仪器、通信系统等。
本文将介绍运放的线性应用原理，包括运放的基本构成和特性，以及其在线性应用中的工作原理。
2. 运放的基本构成•差分输入端：运放具有两个差分输入端，分别标记为非反向输入端（+）和反向输入端（-）。
差分输入端之间的电压差将决定运放的输出。
•输入级：输入级负责放大差分输入的微弱信号，通常采用差分放大电路。
•频率补偿网络：频率补偿网络用于稳定运放的增益和相位特性。
•输出级：输出级负责放大输入级的信号，并驱动负载。
3. 运放的特性•高增益：运放具有很大的开环增益，通常在几千至几百万之间。
•宽带宽：运放的带宽范围较广，能够处理高频信号。
•低输入偏移电压：运放的输入电压差异很小，可以减小误差。
•低输入偏移电流：运放的输入电流差异很小，可以减小误差。
•高输入阻抗：运放的输入阻抗较高，能够准确地接收输入信号。
•低输出阻抗：运放的输出阻抗较低，能够推动负载。
4. 运放的线性应用原理4.1. 非反向放大器非反向放大器是最简单的运放线性应用电路之一。
其电路图如下：+ Vin|R1+------|-----(+)-----------+| |--- Rf Vout| |-------------------------•运放的输出电压Vout等于输入电压Vin乘以放大倍数（1 + Rf / R1）。
•非反向放大器对输入信号不进行相位反转，放大倍数大于1。
4.2. 反向放大器反向放大器是另一种常见的运放线性应用电路。
其电路图如下：+ Vin| +------+--- | || R1 Rf || | || +------+--- || VoutGND•运放的输出电压Vout等于输入电压Vin乘以放大倍数（-Rf / R1）。
•反向放大器对输入信号进行相位反转，放大倍数可以小于1，甚至可以为负值。
模电实验集成运算放大器的线性应用
集成运算放大器的线性应用一、实验目的（1）加深对集成运算放大器的基本应用和性能参数的理解。
（2）了解集成运算放大器的特点，掌握集成运算放大器的正确使用方法和基本应用电路。
（3）掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法、积分和微分等基本运算电路的功能。
（4）进一步熟悉仿真软件的使用。
二、实验原理1.反相加法电路电路如图。
对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=22110i f i f V R R V R R V 平衡电阻3R ： f R R R R ////213= 当f R R R ==21时 ()21i i o V V V +-=2.减法电路减法电路实际上是反相放大电路和同相放大电路的组合，电路如图。
对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为112323101i f i fV R R V R R R RR V -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=当21R R =，f R R =3时 ()121i i f o V V R R V -=3.反相积分电路电路如图。
对于理想运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为()0110C i V dt V CR V +-=⎰ 式中，()0C V 时是t=0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。
如果i V 是幅值为E 的阶跃电压，并设()0C V =0，则输出电压o V 和时间成正比，即t CR EEdt C R V t 10101-=-=⎰ 显然C R 1的数值越大，达到给定的o V 值所需的时间就越长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运算放大器最大输出范围的限制。
三、实验内容及步骤（一）仿真分析 1.反相加法电路在Multisim 13电路窗口创建如图电路。
输入端加入幅度为100mV 、频率为1kHz 的正弦信号1i v 和幅度为50mV 、频率为1kHz 的正弦信号2i v 。
单击仿真开关，进行仿真分析，此时电路在示波器XSC1显示的输入、输出波形。
运放的线性应用(实验)
输入电阻： 输入电阻：Ri＝R1 输出电阻： 输出电阻：Ro＞0
Rf=100k
+12 v
②- ⑦ UA741 ③+ ④ ⑥
ui
信 号 源 ch1
R1 10 k R’ 9.1 k
6
①运放 标准符号: 标准符号: ②运放 常用符号: 常用符号:
1
2. 典型单运放UA741的介绍: 典型单运放UA741的介绍 的介绍:
1)运放UA741引脚排列: 1)运放 运放UA741引脚排列 引脚排列:
7:正电源;4:负电源; 正电源;4:负电源 负电源; 2:反相输入端;3:同相输入端; 2)图-1UA741的内部电路 2:反相输入端 3:同相输入端; 2)图 UA741的内部电路 反相输入端; 同相输入端 6:输出端; 1与5脚补偿调零端。 6:输出端 1与 输出端; 补偿调零端。 0.恒流源偏置电路 ： 恒流源偏置电路 恒流源:R39k.Q11.Q12. 恒流源:R39k.Q11.Q12. 输入级:(Q8.Q9). 输入级:(Q8.Q9). 中间放大级:(Q12.Q13) 中间放大级:(Q12.Q13) . 1.差动 : 1.差动 差动输入级 Q1.Q3， 输出级: Q16. ：Q1.Q3 输出级输入级 还可消除， Q2.Q4差动输入 Q5Q2.Q4差动输入。Q5差动输入。 交越失真。 交越失真。 Q7恒流源主动负载，具 Q7恒流源主动负载 恒流源主动负载， 2.中间放大级： 2.中间放大级： 中间放大级 有高输入电阻及共模抑 Q15.Q19放大电路, 15.Q19放大电路 放大电路, 制比。 恒流主动负载. 制比。 恒流主动负载. Q16.Q13恒流主动负载 Q16.Q13 C30p补偿 稳定信号。 C30p补偿，稳定信号。 补偿， 3.输出级 ： Q14.Q20采用互补推挽 Q14.Q20采用互补推挽 输出， Q17过载保护 过载保护, 输出， Q17过载保护, Q16又作 ：倍增器消 Q16又作Vbe倍增器消 又作Vbe 4.运放调零 在1.5脚接 4.运放调零 运放调零： 1.5脚接 除交越失真。 除交越失真。 电位器,消除失调误差. 电位器,消除失调误差.
《模拟电子线路实验》实验三 集成运算放大器的线性应用
模拟电子线路实验实验三集成运算放大器的线性应用【实验名称】集成运算放大器的线性应用【实验目的】1.熟悉集成运算放大器的使用方法，进一步了解其主要特性参数意义；2.掌握由集成运算放大器构成的各种基本运算电路的调试和测试方法；3.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
【预习要点】1.复习课件中集成运放线性应用部分内容。
2.在由集成运放组成的各种运算电路中，为什么要进行调零？【实验仪器设备】【实验原理】集成运算放大器是一种高放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端和一个输出端，可对直流信号和交流信号进行放大。
外接负反馈电路后，运放工作在线性状态，其输出电压V o与输入电压V i的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入端阻抗的连接方式，而与运算放大器本身无关。
改变反馈网络与输入端外接阻抗的形式和参数，即能对V i进行各种数字运算。
本实验采用的集成运放型号为HA17741，引脚排列如图3-1(a)所示。
它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十K 的电位器并将滑动触头接到负电源端。
⑧脚为空脚。
（a ） （b ）图3-1为了补偿运放自身失调量的影响，提高运算精度，在运算前，应首先对运放进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。
图3-1（b ）是调零电位器连接示意图，使用时必须正确使用引脚才能确保电路正常工作。
所谓调零并不是对独立运放进行调零，而是对运放的应用电路调零，即将运放应用电路输入端接地（使输入为零），调节调零电位器，使输出电压等于零。
如图3-2所示。
+-△+R 2v i2oR 1v i1+12V-12VR wR1542367+-△+R 2v i2oR 1v i1+12V-12VR wR1542367图3-2集成运算放大器按照输入方式可分为同相、反相、差动三种接法。
按照运算关系可分为比例、加法、减法、积分、微分等，利用输入方式与运算关系的组合，可接成各种运算电路。
运放的线性运用
R’
+ u0 -
运算放大器的线性应用
6、加法与减法运算电路（1） 加法与减法运算电路（ ①反向加法器： 输入信号均加入反向端 平衡电阻R’=R1//R2//R3//Rf 若取R1=R2=R3=R，则
R’ ui3 ui2 ui1 R3 R2 R1 i2 i1 Δ ∞ + + i3 if Rf
u0
uo= −
0.1 ui(mV)
-10 线性区
运算放大器的线性应用
2、线性运放的分析特点 设U+与U-为运放同相与反相端的电位， 因为对于理想运放有Aod=∞，所以
UU+ RF
Δ A + uo
+
U+=U-（虚短） （虚短）
设I+与I-为同相与反相端的输入电流， 因为对于理想运放有rid=∞，所以
ui1 uid ui2 + rid ro + uo -
运算放大器的线性应用
Rf
1、运放线性运用的条件： 运放线性运用的条件： 引入深度负反馈
+ ui -
R1
Af =
当 1 + AF
A 1 + AF
Δ ∞ + + R’
+ u0 -
1 = 1 时， Af ≈ AF F
A
uo(V) 10 -0.1 0
非线性区
因此，引入深度负反馈后，闭环增益 与开环增益无关，而实际中F并不趋近 于零，因此放大器可实现线性工作
Rf R
(ui1 + ui 2 +u i 3 )
运算放大器的线性应用
6、加法与减法运算电路（2） 加法与减法运算电路（ ②同向加法器：
电工电子实验运算放大器的线性应用
同时用万用表测量Ui1和 输出电压UO，应有UO = Ui1，否则，运放是坏的。 （Ui1可在正、负5V范围 内调整的直流电压）
+5V Ui1 -5V
5
1 同相比例放大器
v 1．基本原理 图为同相比例放大器，若运算放大器是理想的，
则放大倍数为：
AU
UO Ui
1 Rf R1
输出电压为：
UO
AU
Ui
-2.56
2.56
2
-1V
0.1 V
1.44
1ms
0.1410
-0.141
14
-1
12
v 3.调测注意Biblioteka 项+5V ±0.2V -5V
A．运放使用的是±9V双电源，电压值应尽量 对称，连接方法要正确。
B．Ui2用实验箱上电位器分压取得，调整为 +1V（或－1V），用万用表测量。
C．取信号发生器的正弦交流电压，调整 Ui1=0.1V（有效值，用毫伏表测量）。需注意 核查和消除信号发生器输出中的直流偏移（直
Rf R1
输出电压为：
UO
AU
Ui
Rf R1
Ui
8
v 2．设计要求
放大倍数 AU=-10
v 3 ．输入电压
输入电压Ui=0.1V（有效值），频率为1KHz的 交流电压
分别观测、记录输出电压的波形及电压值 以及周期和相位关系。
9
3、反相加法器
一．基本原理
图是反相加法器，若 运算放大器是理想 的：
流偏移旋钮置零或信号发生器输出不平衡）。
D．用双踪示波器观察Ui1和UO（耦合方式为直 流），无失真。画出输出波形（注意极性关系、
输出偏移关系、标注相关参数）。
运放的实验报告
运放的实验报告运放的实验报告引言：运放（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种非常重要的电子元件，广泛应用于各种电路中。
本次实验旨在通过实际操作，深入了解运放的基本原理、特性以及应用。
实验一：运放的基本原理在本实验中，我们使用了一款常见的运放芯片LM741。
该芯片具有8个引脚，分别是正电源（Vcc+）、负电源（Vcc-）、非反馈输入端（-IN）、反馈输入端（+IN）、输出端（OUT）、空载补偿电容（NC1）、空载补偿电容（NC2）和空载补偿电阻（NC3）。
我们首先将运放芯片与其他电路元件连接，然后将信号输入到运放的非反馈输入端，观察输出端的电压变化。
实验二：运放的特性在这个实验中，我们研究了运放的特性，包括增益、输入电阻和输出电阻。
我们通过改变输入信号的幅度和频率，观察输出信号的变化，并记录下相应的数据。
实验结果表明，运放具有很高的增益，能够放大输入信号，同时具有很高的输入电阻和很低的输出电阻，能够有效地与其他电路元件进行连接。
实验三：运放的应用在这个实验中，我们探索了运放在不同电路中的应用。
首先，我们使用运放实现了一个简单的反相放大电路，将输入信号进行反相放大。
然后，我们使用运放实现了一个非反相放大电路，将输入信号进行非反相放大。
此外，我们还使用运放实现了一个比较器电路，通过比较输入信号与参考电压的大小，输出高电平或低电平。
这些实验结果表明，运放在电子电路中具有非常广泛的应用，能够满足不同的设计需求。
实验四：运放的限制在这个实验中，我们研究了运放的一些限制。
首先，我们发现运放具有一定的输入偏置电流和输入偏置电压，这会对输出信号产生一定的影响。
其次，我们发现运放在输出端具有一定的饱和电压，当输出信号超过这个饱和电压时，运放无法继续放大信号。
此外，运放还具有一定的带宽限制，当输入信号的频率超过运放的带宽时，输出信号将出现失真。
这些限制需要在实际设计中予以考虑，以确保电路的正常工作。
运放的线性应用实验原理
运放的线性应用实验原理概述本文档介绍了运放（Operational Amplifier，简称OP-AMP）的线性应用实验原理。
运放是一种非常常见的电子元件，常用于模拟电路和信号处理电路中。
本文将从基本概念入手，介绍运放的工作原理，并以实验为例，阐述运放的线性应用原理。
运放基本概念运放是一种差分放大器，具有高增益和高输入阻抗的特点。
它由多个晶体管和电阻元件构成，通常具有两个输入端（非反相输入端和反相输入端）、一个输出端以及两个电源端（正电源和负电源）。
运放的基本原理运放的工作原理基于反馈机制。
当运放输入端的差异电压趋近于0时，运放将输出一个电压，使得反馈电路输出的电压与输入信号相等。
运放具有以下几个基本参数：1.增益（Gain）：运放的输入信号与输出信号之间的比值。
增益可以是负值、正值、大于1或小于1的小数。
2.输入电阻（Input Impedance）：运放输入端对外电路的阻抗。
3.输出电阻（Output Impedance）：运放输出端对外电路的阻抗。
4.带宽（Bandwidth）：运放能处理的信号频率范围。
5.共模抑制比（Common-Mode Rejection Ratio，CMRR）：运放抑制共模信号的能力。
运放的线性应用运放具有很多线性应用，如放大器、滤波器、积分器、微分器等。
下面以放大器为例，介绍运放的线性应用原理。
放大器的基本原理放大器是运放最常见的应用之一。
它根据输入信号的大小，将其放大到一个更大的幅度，以便对信号进行进一步处理或放大。
放大器可以分为单端输入放大器和差分输入放大器。
单端输入放大器使用单个输入端，而差分输入放大器使用两个输入端。
单端放大器电路单端放大器通常由运放、若干个电阻和一个输入信号源组成。
输入信号通过电阻接入运放的非反相输入端，并通过运放的反相输入端与输出串联的电阻相连。
以下是一个常见的单端放大器电路示意图：•运放电源连接方式•输入端的电阻连接方式•输出端的电阻连接方式1. 运放电源连接方式：- 正电源连接到运放的正电源端- 负电源连接到运放的负电源端- 电源连接方式要根据实际电路要求确定2. 输入端的电阻连接方式：- 输入信号源接入非反相输入端的电阻- 与输入信号相位相同的电阻接入反相输入端3. 输出端的电阻连接方式：- 输出端接一个负载，如电阻或电容- 电阻值根据实际电路要求确定差分放大器电路差分放大器是一种常见的放大器电路，可以将两个输入信号进行放大。
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一. 实验目的
学习集成运放的基本线性应用，了解集成 运放使用中的有关问题，进一步熟悉运算放大器 的特性。
二. 实验仪器设备
1.实验箱 2. 万用表
1、 加法运算
R11 20K R12 20K
RF uo (ui1 ui 2 ) R1
Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 1 -0.5 1 0.5
Vo 5Vi1 10 i 2 Vo 4Vi1 4Vi 2 2Vi 3 V
Ui1(V) Ui2(V) UO(V) 理论值 0.5 -0.5 0.5 0.5 Ui1(V)
Ui2(V)
1
0.5
-0.5
0.5
Ui3(V)
UO(V)
-0.5
1
理论值
完成下列思考题
（1）将理论值和实际值作比较，计算误差，分析一下理论 值和实际值产生误差的原因。
（2）什么是理想运放，指标参数有什么特点。
（3）为什么理想运放工作在线性区时会有“虚短”、“虚 断”的特点？简述“虚短”、“虚断”的含义 。
实验箱电阻值： 1KΩ：2个 2KΩ：4个 10KΩ：6个 15KΩ：1个
20KΩ：6个
100KΩ：2个 30KΩ：1个 5.1KΩ：3个 4.7KΩ：1个
u i1 ui 2
R11
R12 R2
RF
uo
RF 100K R2 10K
2、减法运算
RF
u i1 ui 2 R1
R1 20K
理论值
uo
R2 20K RF 100K R3 100K
RF uo （ui 2 ui1） R1
R2
R3
3. 用运放设计运算电路，画出设计电路图