集成运放基本运算电路
集成运算放大器的基本运算电路
ui2 u
u i3
u
0
R1
R2
R3
2.加减运算电路
ui1
R1
Rf
ui2
R2
N
－∞
ui3
R 3
P
＋
R
ui4
4
R'
当ui1、ui2短路时 当Ui1、Ui2、Ui3、Ui4共同作用时
若又满足Rf =R1=R2=R3=R4时则
利用叠加定理求uo与ui1、ui2、 ui3各ui4之间的关系
uo
当ui3、ui4短路时
(ui1 ui2 ui3 )
Uo (ui1 ui2 ui3 )
上式中比例系数为-1，实现了加法运算。
2）同相求和运算电路
R'
ui1 i1
R 1
ui2 i2
R2
ui3 i3
R 3
i f
Rf
N
－
u-
∞
P u+ ＋
R1//R2//R3=R′//Rf
根据 “虚断”概念
uo
i1+i2+i3=0
ui1 u
2.一般单限比较器
图4-22所示的电路是一般单限比较器. UREF为外加参考电压。 集成运放的反相输入端接信号ui，同相输入端接参考电压UREF。
由于Aod→∞,所以当U﹣<U+时，ui<UREF时，受电源电压的 限制，uo只能为正极限值UOM,即UOH=﹣UOM； 反之，当U﹣＞U+时，uo为负极限值，即UOL=﹣UOM。 其传输入特性如图4-22(b)实线所示。
I1
U i1 R1
因虚地, u﹢=u﹣=
,
I2
Ui2 R2
集成运放组成的基本运算电路
K2
C 1μF
R2 1M
K1 +15V
vS
－
R1 100K
A
vO
＋
R′ 100K
-15V
vo
1 R1
t
0 vsdt
积分运算电路
4. 积分运算电路
将实验数据及波形填入下述表格中：
vs波形
vs幅度值
vo波形
vo频率
vo幅度值
5. 用积分电路转换方波为三角波
电路如下图所示。图中电阻R2的接入是为了抑制由 IIO、VIO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零 点。
A
vO
υS
＋
R′ 10K
-15V
v0
(1
RF R1
)vs
同相比例运算电路
2. 实现同相比例运算
将实验数据及波形填入下述表格中：
输入信号vs1 (V)
有效值
波形
输入信号vs2 (V)
有效值
波形
有效值
输出电压vo (V)
峰值
波形
注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。
3. 减法器（差分放大电路）
减法器（差分放大电路）运算仿真电路
3. 减法器（差分放大电路）
减法器（差分放大电路）运算仿真电路
3. 减法器（差分放大电路）
将实验数据及波形填入下述表格中：
输入信号vs1 (V)
有效值
波形
输入信号vs2 (V)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有效值
波形
有效值
输出电压vo (V)
峰值
波形
注：上表针对正弦波输入，若是其他信号输入表作相应改变。
vs波形
实验五 集成运放的基本应用——信号运算电路
一、实验目的：
集成运放的基本应用——信号运算电路
1、熟悉用集成运算放大器构成基本运算电路的方法； 2、学习设计比例放大，加法、减法运算等电路； 3、掌握电流、电压转换电路的设计、调试方法； 4、学习双电源的连接方法。
二、实验原理：
集成运算放大器具有增益范围大，通用性强，灵活性大，体积小，寿命长，耗电省，使 用方便等特点， 因此应用非常广泛， 由运算放大器构成的数学运算电路是运放线性应用电路 之一。 1、反相比例运算 在理想条件下，电路的闭环增益为：
图 5-5 基本微分运算电路
三、实验内容：
1、按图 5-6 安装运放调零电路，在输入端接地时调节 W 使 uO=0。
2
Hale Waihona Puke 图 5-6 调零电路 2．反相比例放大器 实验电路如图5-7所示
图5-7 反相比例放大电路 按表5-1内容实验并测量记录 表5-1 直流输入电压Vi（mV） 理论估算（mV） 输出电压Vo 实 际 值（mV） 误差 3．反相求和放大电路 实验电路如图5-8所示 100 300 500 600 1000 3000
四、预习要求：
1、了解F741运算放大器的性能参数，计算各运算电路输出电压UO的数值。 2、当用示波器观察积分输入、输出信号时，会发现波形不稳定，怎样才能使波形稳定 下来。
五、思考题：
1、分析基本运算电路输出电压的误差产生的原因，如何减小误差。 2、在分析加法、减法、微分、积分运算电路时，所依据地基本概念是什么？基尔霍夫 电流定律（KCL）是否得到应用？如何导出输入与输出之间的关系？
Auf
Rf Rf UO ，U O US US R1 R1
上式可见 R f R1 为比例系数，若当 R f R1 时，则 U S U O ，故电路即变成了反相 器。 R2 R f / / R1 用来减小输入偏置电流引起的误差。
集成运算放大器的基本运算电路
集成运算放大器的基本运算电路x本文介绍了集成运算放大器的基本运算电路，包括其结构、功能、特性和应用。
集成运算放大器是一种半导体器件，用于放大电气信号，它有助于提高信号的电压或电流，使信号可以传输到远处。
集成运算放大器具有很多优点，如体积小、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高等。
此外，它还可以实现各种电路设计，如移相器、高通滤波器和低通滤波器等。
本文将详细介绍集成运算放大器的基本运算电路，包括电路结构、工作原理、参数、应用等。
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）是一种具有可替代性的多输入半导体电路，它可以提高任何一路输入信号的电压或电流，可以实现各种复杂的放大电路。
集成运算放大器的基本电路由一个或多个放大器组成，每个放大器由若干个部件组成，可以形成一个可调节复杂放大电路。
集成运算放大器可分为多晶片、单晶片和小规模集成电路3种类型，根据处理信号的种类和放大系数的大小，它可以分为分立电路、模拟电路和数字电路。
集成运算放大器的输出电压可以大大提高原始信号的电压，并且可以根据输入参数调节输出电压。
集成运算放大器的基本运算电路由放大器、输入端口和输出端口组成。
输入端口由两个端口组成，分别是正输入端口和负输入端口，这两个端口可以接收一个正电压信号和一个负电压信号。
输出端口可以接收较大的电压信号，输出信号与输入信号的相位一致。
此外，很多放大器还具有滞后环节，可以进一步延迟放大器的输出信号，使其同输入信号的相位更为一致。
集成运算放大器的特性取决于其器件和结构，主要特性有：抗干扰能力强、体积小、功耗低、可靠性高等。
此外，集成运算放大器还具有很多类型，如双路放大器、移相器、高通滤波器和低通滤波器等，每种器件都有其特定的应用。
集成运算放大器可用于实现各种电路，如低通滤波器、高通滤波器、移相器等，这些电路有助于提高电路系统的精度和灵敏度，从而实现精确的测量和控制。
此外，它还可以用于实现多种复杂电路，如高阻率电路、低阻率电路和串行/并行电路等。
模电课件集成运放基本电路
R f 8 R f 20
R2
R3
加减运算电路旳设计环节 R1 24k 先根据函数关系画出电路，R2然 后30计k算参数
解(1) 画出电路 (2) 计算电阻
平衡电阻
R3 12k R 80k
Rf
R’ // R1 // R2 =Rf // R3
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
Rf R3
ui 3
（由2虚）断因：为i叠 加i点为0虚地，i输i1 入ii信2 号ii3之间i f
满u足i1 线u0性 叠u加i2 定 0u理 ，互ui不3 影0u响。u0 uo
R1
R2
R3
Rf
uo 由由u虚R虚Rf 短地uu：i：1 u0i2 ui3
ui3 ui2
ii3 ii2
R3 R2
Rf
若 R1 ＝ R2 ＝ R3 ＝ R
换作用
1反相微分器 平衡电阻R’=Rf
iC
C
duC dt
由虚断：i i 0 iC i i f i f
iC
u uo Rf
C d ui
dt
由“虚
地u” 0
u
uo
iC
R
f
C
iiCi
ui
dui t
RuC
dt
u
u R
if ii+
Rf
uo
2实际应用旳微分器Zf
uRωi ↑限i→Zi制11/输uω入Ci电↓- →流i，C ↑降→低高高频u频噪o 噪声声uo Cf相位补u 偿i，+ 克制自激振荡
由虚短： u u
uo ui2
R1 R f RRf R2 R R1
电工学II——集成运放电路(10章)
结论：
(1) Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入 端。
(2) Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关, 与运算放大器本身参数 无关。 (3) | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
(4) 因u–= u+= 0 ， 所以反相输入端“虚地”。 (5) 输入电阻 ri = R1；输出电阻ro=0.
例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。
求：1. Auf 、R2 ；
2. 若 R1不变，要求Auf为 – 10，则RF 、 R2 应为 多少？
RF
+ ui – R1 R2 – +
D
解：1. Auf = – RF R1
+
+ uo –
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
uo=(VC1+DVC1)-(VC2+DVC2)=0 注意：单端输出，无法抑制零点漂移
动态分析 1.共模信号 u11=u12 大小相等、极性相同 输出电压恒为零（不具备放 大能力）
u11 + 差分放大原理电路 R2
+UCC
R1 RC + T1 RC uo T2 R1 + R2 u 12 -
2.差模信号
输出端与运放电路 反相输入端的关系
平衡电阻 R2 = R1 // RF
输入电压加在了同相输入端，输出 电压对地为正
输出电压作用到该连接地的电路上， 在R1右端产生电压u-， 构成电压串联负反馈
uo RF Auf =1+ ui R1
uo RF 同相比例运算放大系数 Auf =1+ ui R1
常用运算放大器16个基本运算电路
5. 微分运算电路
微分运算电路如图 5 所示，
XFG1
R2 15kΩ
C2
22nF
V3
R1
C1
4
12 V
2
1kΩ
22nF
U1A
1
3
T L082CD
8
V2 12 V
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
图5
电路的输出电压为 uo 为：
uo = −R2C1 dui dt
式中， R2C1 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为UOM ,
式中，Auf = 1+ RF / R1 为同相比例放大电路的电压增益。同样要求 Auf 必须小于 3， 电路才能稳定工作，当 f = fo 时，带通滤波器具有最大电压增益 Auo ，其值为：
Auo = Auf / (3 − Auf )
10. 二阶带阻滤波电路
二阶带阻滤波电路如图 10 所示，
C1
1nF R1
_
图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高的场合。
R1 10kΩ
4 2
12 V
U1A 1
3
8 TL082CD
R3 9kΩ
V2 12 V
D2 1N4148
XSC1
A +_
实验四 集成运放组成的基本运算电路
实验四 集成运放组成的基本运算电路一． 实验目的1．掌握集成运算放大器的正确使用方法。
2．了解集成运算放大器在信号放大和模拟运算方面的应用。
二． 实验设备实验箱 1个实验电路板 1个数字万用表 1个三． 简述运算放大器是具有两个输入端和一个输出端的高增益、高输入阻抗的多级直接耦合电压放大器。
只要在集成运放的外部配以适当的电阻和电容等器件就可构成比例、加减、积分、微分等模拟运算电路。
在这些应用电路中，引入了深度负反馈，集成运放工作在线性放大区，属于运算放大器的线性应用范畴，因此分析时可将集成运放视为理想运放，运用虚断和虚短的原则。
虚断：即认为流入运放两个净输入端的电流近似为零。
虚短：即认为运放两个净输入端的电位近似相等(u +≈ u -)。
从而可方便地得出输入与输出之间的运算表达式。
使用集成运算放大器时，首先应根据运放的型号查阅参数表，了解其性能、指标等，然后根据管脚图连接外部接线（包括电源、调零电路、消振电路、外接反馈电阻等等）。
四． 设计实验要求1. 设计由双列直插通用集成运放μA741构成的基本运算电路，要求实现：反相比例运算，反相加法运算，同相比例运算，电压跟随器，差动运算（减法运算）等5种运算。
每一运算电路需要设计两种典型的输入信号。
2. 自己设计选择电路参数和放大倍数，画出电路图并标出各电阻的阻值（μA741的最大输出电流小于10mA ，因此阻值选取不能小于1KΩ）。
3. 自拟实验步骤。
4. 电源电压一律取12V ±。
本实验用直流信号源，自己选择输入信号源的取值，已知信号源（5i u V ≤）。
5. 设计举例：反相比例运算电路的设计反相比例放大器的运算功能为：1R R u u A F i o uf -==； 设,10-=uf A 负反馈电阻Ω=K R F 100；可以计算出110R K =Ω，平衡电阻100//109.1R K '=≈Ω。
max =9o u V，max max 90.910o i uf u u V A ∴≤==，即输入信号的设计值小于0.9V ±。
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课后小结——见黑板
课前复习及提问：1）负反馈分类 2）负反馈对放大器的性能有哪些影响？
思考题：P238 1、2； 作业题：P258 4-4、 4-5、 4-6； 预习内容：运放构成滤波器，滤波器有几种类型？
§4-2 集成运放基本运算电路
学习要点： •理想运放特性 •几种基本运算电路
集成运放基本运算电路
4-2-1 理想运放 4-2-2 运放的应用
退出
——利用”集成运放+负反馈”构成各种运算电路
4-2-1 理想运放
1.理想集成运放的条件—— a．开环差模电压增益Auo= ； b．差模输入电阻Ri d = ； c．输出电阻Ro = 0； d．共模抑制比KCMR = ； e．开环带宽BW = ； f．输入失调电压Ui0和失调电流Ii0为零。
ui2
R2
- ∞ R5 - ∞
+
+
uo
+
ui3 R4
+
R3
R6
解：电路第一级为加法运算电路，第二级为减法运算电路
uo＝ui3－[－（ui1+ui2）]＝ui1＋ui2＋ui3＝0.2＋0.3＋0.5＝1V
3.积分/微分运算电路
1）积分电路——
ic C
i1 R1 ui
-∞
+
+ R2
ui1 R1
C
ui2 R2 - ∞
2.理想集成运放的符号及电压传输特性
-∞
+ +
理想集成运放的符号
uo
0
ui
理想集成运放的传输特性
3. 理想集成运放的应用范围: 线性区——运放在引入负反馈后即工作在此区。例如 “运算电路”。 非线性区——运放工作在“开环”或“正反馈”时工
作在 4.理想运放的三个重要此概区念。如“比较器”
1）虚短—— ∵ 理想运放的Auo= uO = Auo (uP－uN ) ∴ui = uP - uN = 0→uP = uN→两个输入端等电位→ 相当于短路
ui2－
R R
f 1
ui1
特例：若取：R 3 R f
R2 R1
=1→uo＝ui2－ui1
例1. 图示为双运放组成的电路，已知电阻R1＝R2＝Rf1=30Ω R3＝R4＝R5＝R6＝Rf2＝10Ω，输入电压ui1＝0.2V， ui2＝0.3V，ui3＝0.5V，求输出电压uo 。
R1
Rf1
Rf2
ui1
uo
+ uo
+
R3
基本积分电路
求和积分电路
基本积分电路输出电压：
uO＝
－uC
＝－
1 C
ic dt
＝
பைடு நூலகம்
1 R1C
ui dt
求和积分电路输出电压：
uO＝
1 C
(ui1 ui2 )dt R1 R2
2）微分电路——
Rf
输出电压：
ic C ui
-∞
+
uo
+ R2
uo＝－RfC du i dt
基本微分电路
Rf R1
ui1
Rf R2
ui2
）
特例：若R1＝R2＝Rf → uO＝－ (ui1 ui2)
2）减法电路（差动输入电路）
Rf
ui2 R2
Rf1
R2
Rf2
ui1 R1
-∞ +
uo ui1
R1
uo1
-∞
-∞
ui2 R2
+
+
+
uo
+
+
R3
R3
R4
输出电压： uo＝uo1+uo2＝(1+
Rf R1
)
R3 R2 R3
2）虚断—— ∵理想运放输入电阻Ri d = ∴iP = iN = 0→两输入端相当于开路
3）虚地—— uP = uN→当P端接地时(uP =0)→uN=0→N端相当 于接地
4-2-2 理想运放的应用
1.比例运算电路
1）反向比例电路——
输出电压： R uO＝－ R
f 1
ui
电压增益：
Au=－
R R
R1
Au=1 +
Rf R1
特例：当R1＝∞或Rf＝0时→Au=1→ uO＝ui →电压跟随器
2.加法/减法运算电路 1）反向输入加法电路——
ui1 ui2
i1 i2
R1 R2
if Rf iN
-∞
iP + +
R1 ui1 ui2 R2
uo
Rf
R4
-∞
+
R4
-∞
+
+ uo
R3
R3
+
R5
输出电压：
uO＝－（
f 1
if
Rf
ui
i1
R1
iN
-
uN
iP
∞ +
uP
+
R2
uO
(负号表示输出信号与 输入信号反相)
反相比例运算电路
特例：当R1＝Rf时→Au=－1→ 即为反相器 2）同相比例电路——
ui
R2 iP +
∞
iN
+
-
if Rf
il R1
uo
ui
+∞
+
uo
-
输出电压： 电压增益：
uO＝ ( 1 + R f ) ui