集成运放基本应用之一模拟运算电路
集成运算放大器电路-模拟电子电路-PPT精选全文完整版
第4章 集成运算放大器电路
4―3―2差动放大器的工作原理及性能分析 基本差动放大器如图4―12所示。它由两个性能参
数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接 并经公共电阻RE将它们耦合在一起，所以也称为射极 耦合差动放大器。
I UE (UEE ) UEE 0.7
RE
RE
第4章 集成运算放大器电路
IC2
R1 R2
Ir
(4―7) (4―8)
第4章 集成运算放大器电路
可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。 参考电流Ir现在应按下式计算：
UCC
Ir
UCC U BE1 Rr R1
UCC Rr R1
(4―9)
Ir
Rr
IC2
IB1
V1
＋
UBE1 －
IE1
R1
IB2 ＋
UBE2 － R2
(4―11)
Ir
IC1
IB3
IC1
IC3
IC1 IC2,
IC3
3 1 3
IE3
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
若三管特性相同，则β1=β2=β3=β,求解以上各
式可得
IC3
(1 2ຫໍສະໝຸດ 222)Ir
(4―12)
第4章 集成运算放大器电路
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻
Ro为
Ro 2 rce
4―2 电流源电路
电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作 用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流， 另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。 下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运 放中常用的电流源电路。
集成运算放大器基本应用(模拟运算电路)实训指导
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二．实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路图8—3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—3(b)所示的电压跟随器，图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
模拟电子技术(模电)第7章 集成运放组成的运算电路ppt课件
模 拟电子技术
7.3 对数和指数运算电路
7.3.1 对数电路 7.3.2 指数电路
模 拟电子技术
7. 3.1 对数电路
利 用 PN 结 的 指 数 特 性 实 现对数运算
iD ISeuD/UT
uD
UTln
iD IS
iD
iR
ui R
uO uD UTlniID S UTlnRuISI
模 拟电子技术
也可利用半导体三极管实现
对数运算
BJT的发射结有
uBE
iC iE IES(e uT 1)
uBE
IESe uT
模 拟电子技术 利用虚短和虚断，电路有
uO uBE
iC
i
ui R
uBE
iCiEIESe uT
uOuTlnuRi uTlnIES
其中，IES 是发射结反向饱和电流，uO是ui的对数运算。 注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏
U O 43 2 .5 0 3 3//0 0 3 3 // (1 0 0 33 /0 2 /0 ) 05 .2V 5
U O 1 3 2 .5 1 .3 2 .3V 5 5
模 拟电子技术
(1R2/R1)uI1
uo(1R R 1 2)uI1R R 1 2(1R R 1 2)uI2 (1R R12)(uI2uI1)
模 拟电子技术
2.理想运算放大器：
开环电压放大倍数 AV0=∞ 输入电阻 Rid=∞ 输出电阻 R0=0
运放工作在线性区的分析方法：
虚短（U+=U-） 虚断（ii+=ii-=0）
模 拟电子技术
4. 非线性应用
运放工作在非线性区的特点：
正、负饱和输出状态 电路中开环工作
模拟集成电路及运算放大器的应用
第五章模拟集成电路及运算放大器的应用教学内容：电流源工作原理；差分放大电路的分析和计算；集成运算放大器及主要技术指标，理想运算放大器及其组成的各种运算电路,实际运算放大器运算电路的误差分析。
教学要求：1、熟悉集成运放的组成及各部分作用，正确理解集成运放主要指标的物理意义；For personal use only in study and research; not for commercial use2、了解电流源的工作原理；3、了解LM324的工作原理及应用重点、难点：For personal use only in study and research; not for commercial use集成运放的电路组成及各部分作用，集成运放主要性能指标的物理意义及选用。
教学方法：讲授法、讨论法教学时数：12学时教学过程：5.1 模拟集成电路中的直流偏置技术5.1.1 BJT电流源电路1. 镜像电流源T1、T2的参数全同即β1＝β2，I CEO1＝I CEO2BE1BE2=V V ，E1E2=I I ，C1C2=I I当BJT 的β较大时，基极电流I B 可以忽略R V V R V V V I I I REF C O EE CC EE BE CC 2)(+≈---=≈=动态电阻 ce12CE 2C o 2B )(r v i r I =∂∂=-一般r o 在几百千欧以上⎪⎩⎪⎨⎧↓↓⇒↑⇒↑⇒↑⇒↓↑↑⇒B B R R R C0C1C1)(I V R I V I I I I T1. 电路简单，应用广泛；2. 要求I C1电流较大情况下，R 的功耗较大，集成电路应避免；3. 要求I C1电流较小时，要求R 数值较大，集成电路难以实现。
2. 微电流源e2BE e2BE2BE1E2C2O R V R V V I I I ∆=-=≈=由于BE V ∆很小，所以I C2也很小e2be2e221(R r R r r ce o ++≈β）3. 比例电流源e1E1BE1e0E0BE0R I V R I V +=+S ET BE ln I I V V ≈E1E0T BE1BE0ln I I V V V ≈-E1E0T e0E0e1E1lnI I V R I R I +≈ 1E C1R 0E C0 2I I I I I ≈≈≈>>，时，则若βR e1e0C1R e1T R e1e0C1ln I R R I I R V I R R I ≈+≈e0BE0CC R R R V V I +-≈4. 组合电流源T1、R 1 和T4支路产生基准电流I REFT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源1EB4BE1EE CC REF R V V V V I --+=5.1.2 FET 电流源1. MOSFET 镜像电流源R V V V I I I GSSS DD REF D2O -+===当器件具有不同的宽长比时REF 1122O //I L W L W I ⋅=（λ=0）r o = r ds2用T3代替R ，T1~T3特性相同，且工作在放大区，当λ=0时，输出电流为2T2GS22n 2T2GS22n2D2)( )()/(V V K V V K L W I -=-'= 2. MOSFET 多路电流源2T0GS0n0D0REF )( V V K I I -==REF 1122D2//I L W L W I =REF 1133D3//I L W L W I =REF 1144D4//I L W L W I =3. JFET 电流源5.2 差分式放大电路一. 直接耦合放大电路的零点漂移现象1. 零点漂移现象：在直接耦合放大电路中，输入电压v I＝0，输出电压v O≠0的现象。
模拟电路集成运算放大电路(m).ppt
T 17
R6
R 7
Rp
T15 T18
T21
T24
+VCC
7
T 14
R9 +V O
R10 6
T20
T23
4
-V EE
输入级 偏置电路 中间级 输出级
分析：
1. 偏置电路：
T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：
I REF
VCC
(VEE ) UBE12 R5
U BE11
其他偏置电流都与基准电流有关。
+∞
A －
+
uo 输出端
V
国际符号：
u- － u－+ ＋
集成运放的特点：
•电压增益高
uo •输入电阻大
•输出电阻小
三. 集成电路特点
（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的， 邻近的器件具有良好的对称性， 而且受环境温度和干扰的 影响后的变化也相同， 因而特别有利于实现需要对称结构 的电路。
（2）一般采用直接耦合方式
（3）常采用具有补偿特性的差动放大电路，抑制温漂
（4）三极管（或场效应管）代替电容、电阻和二极管。
集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一定的限制。集成电路中 的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的， 因而很难制造大的电阻， 其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的电容是用 PN结的结电容作的。
4.低功耗型
要求其功耗为微瓦数量级。电流几十微安，电源电压在 几伏以下。 典型产品有CA3078、mPC253、ICL7641等。
5. 大功率型
大功率型集成运放的电源电压为正负几十伏，输出电流 几十安培，输出功率为几十瓦左右。 典 型 产 品 有 LH0021 、 MCEL165 、 HA2645 、 LM143 、 ICH8515等。
模拟电子技术实验-集成运算放大器的基本应用电路
模拟电⼦技术实验-集成运算放⼤器的基本应⽤电路实验：集成运算放⼤器的基本应⽤电路⼀、实验⽬的1、掌握集成运算放⼤器的基本使⽤⽅法；2、掌握集成运算放⼤器的⼯作原理和基本特性；3、掌握集成运算放⼤器的常⽤单元电路的设计和调试的基本⽅法。
⼆、实验仪器名称及型号KeySight E36313A型直流稳压电源，KeySight DSOX3014T型⽰波器/信号源⼀体机。
模块化实验装置。
本实验所选⽤的运算放⼤器为通⽤集成运放µA741，其引脚排列及引脚功能如图1所⽰。
引脚2为运放反相输⼊端，引脚3为同相输⼊端，引脚6为输出端，引脚7为正电源端，引脚4为负电源端。
1脚和5脚为输出调零端，8为空脚。
图1 µA741的引脚图三、实验内容1. 反相⽐例运算电路（远程在线实验）在反向⽐例运算电路中，信号由反向端输⼊，其运算电路如图2所⽰。
o图2 反相⽐例运算电路设计反相⽐例运算电路，要求输出电压与输⼊电压满⾜解析式u o=-0.5u i；写出设计过程，在远程实验平台进⾏实验验证。
实验验证时，信号发⽣器输出正弦波，频率为1kHz，峰峰值为4V，连接到输⼊端u i，利⽤⽰波器观察输⼊端u i和输出端u o的电压波形并截图。
注意：要根据远程实验提供的阻值进⾏设计，其中R1可选择20k或10k，R2可选择10k、20k或100k，其中且不可打乱图中R1、R2和R3的位置。
进⼊远程实验操作界⾯：打开远程实验操作界⾯，主界⾯左上⽅为KeySight E36313A型直流稳压电源，右上⽅为KeySight DSOX3014T⽰波器/信号源⼀体机。
两个仪器中间为指导说明区，实验前应从头⾄尾阅读⼀遍指导说明。
主界⾯中下区域为实验操作区。
直流稳压电源的调节：主界⾯左上⽅为直流稳压电源，要求其输出±12V电压。
点击直流稳压电源进⼊调节界⾯。
点击电源开关打开电源，观察屏幕显⽰。
分别点击电源右上⾓的2或3通道选择按钮，在数字区输出12后再按Enter按键，分别设置2和3两个通道的电压为12V。
模拟电子线路(模电)运放运算电路
解 （1）运放 A1 构成积分电路，A2 构成加法电路，输入电 压 ui 经积分电路积分后再与 ui 通过加法电路进行加法运算。由图 可得：
uo1
1 RC
ui dt
uo
Rf R2
u o1
Rf R3
ui
将 R2 R3 R f 10 k 代入以上两式，得：
1
uo uo1 ui RC ui dt ui
“虚短”与“虚断”
1. 反相比例运算电路
uI u u uo
R1
RF
u u 0
uo
RF R1
uI
当RF R1时 uo uI
倒相器
2. 同相比例运算电路
i i 0
u
R1 R1 RF
uo
u u uI
uo
(1
RF R1
)u
I
或 :uo 1 RF
uI
R1
“虚短”与“虚断”
当:RF 0或R1 uo uI
电压跟随器
例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ，ui=1V，求输 出电压uo，并说明输入级的作用。
Rf
Δ Δ
∞
－
R1
∞
ui
+ + uo1
R2
－
+ +
uo
解 输入级为电压跟随器，由于是电压串联负反馈，因
而具有极高的输入电阻，起到减轻信号源负担的作用。且
ui
0
t
uo
0
t
例 在图示的电路中。
（1）写出输出电压uo与输入电压ui的运算关系。 （2）若输入电压ui=1V，电容器两端的初始电压uC=0V，求输出 电压uo变为0V所需要的时间。
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运算电路
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运算电路重庆科技学院设计性实验报告学院:_电气与信息工程学院_ 专业班级: 自动化1102学生姓名: 罗讯学号: 2011441657实验名称: 集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路完成日期:2013年 6月 20 日重庆科技学院学生实验报告集成运算放大器的基本应用——课程名称模拟电子技术实验项目名称模拟运算电路开课学院及实验室实验日期学生姓名罗讯学号 2011441657 专业班级自动化1102 指导教师实验成绩实验六集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路一、实验目的1、研究有集成运算放大器组成的比例、加法和减法等基本运算电路的功能2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的有些问题二、实验仪器1、双踪示波器;2、数字万用表;3、信号发生器三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法的模拟运算电路。
1) 反相比例运算电路电路如图6-1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻//。
RF 100k1 5 4 R1 10k2 Ui 6 Uo3 U1 R2 9.1k 7图6-1 反相比例运算电路2) 反相加法电路电路如图6-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为:////RF 100kR1 10k Ui1 4 1 5 R2 20k 2 Ui2 6 Uo 3 U1 R3 6.2k 7图6-2 反相加法运算电路3) 同相比例运算电路图6-3(a)是同相比例运算电路。
RF 100k1 5 4 R1 10k 26 Uo 3R2 9.1k U1 7RF10k4 1 526 R2 Uo 3 Ui 10k U1 7(a)同乡比例运算 (b)电压跟随器图6-3 同相比例运算电路它的输出电压与输入电压之间关系为://当即得到如图6-3所示的电压跟随器。
图中,用以减小漂移和起保护作用。
一般取10KΩ,太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
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实验十二集成运放基本应用之模拟运算电路一、实验目的1、了解并掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的原理与功能。
2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
理想运算放大器特性：在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放：开环电压增益A ud=x输入阻抗n=x输出阻抗r o=0带宽f BW=x失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性：(1)输出电压U O与输入电压之间满足关系式U o= A ud (U + —U-)由于A ud=『而U o为有限值，因此，U + —U-即U + "U—，称为虚短”(2)由于「i=x,故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB = 0，称为虚断”这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
基本运算电路1) 反相比例运算电路电路如图5—1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的U。
一割R1(a)同相比例运算电路图5-3同相比例运算电路关系为为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R 2 =R I / F F oRi 100K-CZ) -------------+ 12V II®100K-12V5-2反相加法运算电路2)反相加法电路电路如图5 — 2所示，输出电压与输入电压之间的关系为R 3= R 1/R 2/R F3)同相比例运算电路图5— 3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为U °=(1 空)U i R 2= R I /R F当R i —E 时，U o = U i ,即得到如图5 — 3(b)所示的电压跟随器。
图中R 2= R F , 用以减小漂移和起保护作用。
一般 R F 取10K Q ， R F 太小起不到保护作用，太大 则影响跟随性。
Ui------ + 12V9+ 12V?+5 -- ° Rs~ — [>8+ ■+Ui a -----1—1——+(b)电压跟随器图5-1反相比例运算电路图 JOKRiRi 100K9 IK [RwJ100K1ODK.-12VVfl4)差动放大电路(减法器)3、交流毫伏表4、直流电压表对于图5-4所示的减法运算电路，当 R i = R 2, R 3= R F 时，有如下关系式R FU 。
冷(U i2 —Uii )R i图5 — 4 减法运算电路图5-5积分运算电路5)积分运算电路反相积分电路如图5— 5所示。
在理想化条件下，输出电压u o 等于式中u c (o)是t = 0时刻电容C 两端的电压值，即初始值 如果U i (t)是幅值为E 的阶跃电压，并设U c (o) = 0,贝U即输出电压u o (t)随时间增长而线性下降。
显然 RC 的数值越大，达到给定 的U o 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放最大输 出范围的限值。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。
为了便于调节，将图中K i 闭合， 即通过电阻R 2的负反馈作用帮助实现调零。
但在完成调零后，应将 K i 打开，以 免因R 2的接入造成积分误差。
K 2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时 可实现积分电容初始电压u c (o) = 0,另一方面，可控制积分起始点，即在加入信 号u i 后，只要K 2 一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
三、实验设备与器件1、±2V 直流电源2、函数信号发生器5、集成运算放大器 卩A741X1udt)RC . O u i dt u c (o)u/t)R i COEdtR 1Ct电阻器、电容器若干。
四、实验内容及实验分析总结实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。
1、反相比例运算电路1）按图5- 1连接实验电路，接通±2V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
2）输入f = 100Hz, U i = 0.5V的正弦交流信号，测量相应的U o,并用示波器观察u o和U i的相位关系，记入表5-1。
表i= ，=图像如下：其中黄线代表Ui蓝线代表U0分析：由公式匕一：U可计算出电路的输出电压与输入电压之比Au的理论值为-10•由上波形图及读表可得Ui=0・175V U0=1.75 其比值为10.可知实验模拟效果非常好。
波形图可看出Ui与U0相位恰好相差半个周期即反相，效果很好。
2、同相比例运算电路1) 按图5- 3(a)连接实验电路。
实验步骤同内容1,将结果记入表5-2。
2) 将图5- 3(a)中的R i断开，得图5-3(b)所示电路重复上述内容，将结果记入表5 -3。
表ii如图：其中黄线代表Ui，蓝线代表U0.分析:R Fu °=（1 +=）U i由公式 R 可计算Au 的理论值为11,读表可得Ui=0・176V U0=1 ・918V 计算得到 Au 的值为10.90,误差为0.9%，模 拟效果很好。
由波形图可看出 Ui 与U0的图像同相，符合要求。
分析：R F u o =（1+ 二-）U i由公式Rl，而将R1断开后公式则变为U0=Ui 可计算Au 的理论值为1,读表可得 Ui=0・144V U0=0.142V 计算得到Au 的 值为10.90,误差为1.39%，模拟效果很好。
由波形图可看出 Ui 与U0的图像同相，符合要求。
3、反相加法运算电路1）自行设计实验电路，使其满足U o=-10（U ii+U i2），并通过给U ii、U i2输入不同的直流电压，验证电路的功能2）实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。
用直流电压表测量输入电压U ii、U i2及输出电压U o,记入表5-4中表5-4分析由上述表格可知：数据一、数据二误差较大，分析原因可能是直流电压表读取U0时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，导致集成运放没有在线性区工作。
数据三、数据五模拟效果较好。
4、减法运算电路1）自行设计实验电路，使其满足U o=10 （U i2-U ii），并通过给U ii、U i2输入不同的直流电压，验证电路的功能。
2）采用直流输入信号时，确保集成运放工作在线性区。
用直流电压表测量输入电压U ii、U i2及输出电压U o，记入表5—5中。
表5—5分析:数据一数据二数据三数据四数据五理论值(Ui1-Ui2 ) -1.59-2.84-2.2-2.09-2.04*10相对误差 1.9%12.0% 1.6% 2.4% 1.9%由上述表格可知：数据二误差较大，分析原因可能是直流电压表读取U0时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，导致集成运放没有在线性区工作。
其他数据模拟效果较好，误差均在2%左右5、积分运算电路实验电路如图5-5所示1）打开K2,闭合K i，对运放输出进行调零。
2）调零完成后，再打开K i，闭合K2,使u c（o）= 0。
3）预先调好直流输入电压U i = 0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压U O,每隔5秒读一次U O,记入表5-6，直到U O不继续明显增大为止-1-3分析：at(s)0510********U o(V)-3.793-4.240-5.132-6.461-7.122-8.216-9.362-9.369S 10 15 20 25 30 35-10-误差分析及总结：图像没有如预期拟合得那么好，主要原因是操作中我们用视频连续拍下数据，但处理时取数据时间间隔并不完全一致，导致误差产生。
但总体来说，线性下降的趋势还是有的，在一定程度上达到了验证积分运算电路的性质。
五、实验小结：六组试验中，反相比例运算电路、同相比例运算电路、跟随特性曲线、减法运算电路这四组实验效果都非常不错，误差均在实验允许的范围内。
只有加法运算电路这组实验的数据以及积分运算电路这组实验的图像有较大的偏差。
分析原因如下：加法运算电路可能是因为直流电压表读取U0 时记录数据有误，也有可能是选择的直流信号幅度不合适，导致集成运放没有在线性区工作。
积分运算电路原因是我们采用视频连续拍下数据，但处理时取数据时间间隔并不完全一致，导致图线并没有如理论一般呈线性下降的趋势。
总的来说，本次实验做得比较成功。
通过本实验，我们对集成运放基本应用中的模拟运算电路有了更深入的理解，增长了知识，收获了技能。