反向输入比例运算电路
模电实验模拟运算放大电路(一)
实验目的和要求：① 了解运放调零和相位补偿的基本概念。
② 熟练掌握反相比例、同相比例、加法、减法等电路的设计方法。
③ 熟练掌握运算放大电路的故障检查和排除方法，以及增益、传输特性曲线的测量方法。
实验原理：预习思考：1、 设计一个反相比例放大器，要求：|A V|=10，Ri>10KΩ，将设计过程记录在预习报告上； 电路图如P20页5-1所示，电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ2、 设计一个同相比例放大器，要求：|A V|=11，Ri>100KΩ，将设计过程记录在预习报告上；R F R LVo电源电压为±15V ，R 1=10kΩ，R F =100 kΩ，R L ＝100 kΩ 3、 设计一个电路满足运算关系 VO= -2Vi1 + 3Vi2减法运算电路：1123213111113232)()()(i f i f i f i i O V R R V R R R R R R V R R R V R R R V V -++=++-+=3)()(32131=++R R R R R R f ，0,22211==⇒=R R R R R f f取Ω=Ω=Ω=Ω=K R K R K R K R f 100,0,20,10321实验电路如实验内容：1、反相输入比例运算电路（I ） 按图连接电路，其中电源电压为±15V ，R 1=10 kΩ, R F =100 kΩ, R L =100 kΩ, R P =10 kΩ//100 kΩAR1R F Rp=R F //R1R LVoVi+Vcc-Vcc输入端接地，用万用表测量并记录输出端电压值，此时测出失调电压0.016 V 分析：失调电压是直流电压，将会直接影响直流放大器的放大精度。
直流信号测量：Vi/V V O /V Avf测量值 理论值 -2 14.25 -7.125 -10 -0.5 4.98 -9.96 -10 0.5 -5.02 -10.04 -10 2-12.87-6.435-10实验结果分析：运算放大器的输出电压摆幅受器件特性的限制，当输入直流信号较大时，经过运放放大后的输出电压如果超过V OM ，则只能输出V OM 的值。
反相比例运算电路输入和输出的关系
反相比例运算电路输入和输出的关系反相比例运算电路输入和输出的关系反相比例运算电路是一种常见的电路类型，常用于放大输入信号或实现电压调节等功能。
在反相比例运算电路中，输入和输出之间存在着一定的关系，下面我们来探讨一下它们之间的联系。
一、反相比例运算电路的简介反相比例运算电路是一种基本的运算放大器电路，由一对共模电压输入的差分放大器来实现。
它的核心原理是将输入信号和参考电压经过放大器放大之后进行比较，从而产生一个反向的输出信号，使得输出信号在幅度上与输入信号成反比例关系。
反相比例运算电路常用于控制器、传感器、信号采集、自动控制等领域。
在这些应用中，它经常被用来控制输出电压或放大无源传感器信号，以便对其进行处理或者转换成数字信号。
二、反相比例运算电路输入和输出的关系在反相比例运算电路中，输入信号与输出信号之间存在着一定的联系。
具体表现在以下几个方面。
1. 输入电压与输出电压成反比例关系反相比例运算电路的一个显著特点是输入电压与输出电压成反比例关系。
也就是说，当输入电压变大时，输出电压则变小；反之亦然。
这种反比例关系正是该电路被称为“反相比例运算电路”的原因。
2. 输入电压与增益成正比例关系输入信号的大小对反相比例运算电路的放大倍数具有一定的影响。
一般来说，输入电压越大，放大倍数也就越大，二者之间存在着正比例关系。
这也就是说，反相比例运算电路的输出幅度与输入信号的大小有一定关系，需要结合具体应用来进行选择。
3. 输入电阻和反馈电阻对增益的影响反相比例运算电路的增益与电路中的输入电阻和反馈电阻有关。
对于固定的输入电压，增加输入电阻可以降低输入电流，从而增加放大器的增益；反之亦然。
反馈电阻的增加会减小电路的放大倍数，降低输出电压。
三、总结反相比例运算电路是一种常用的电路类型，它通常用于应用需要对输入信号进行放大或者调节的场合。
在电路设计中，需要仔细考虑输入电压和输出电压之间的反比例关系，以及输入电压和增益之间的正比例关系。
反相比例运算电路的分析
反相比例运算电路的分析反相比例运算电路1、负反馈电路中，当集成运算放大器外加深度负反馈时，集成运算放大器工作在线性区，当集成运算放大器工作在线性区时，一个重要的应用是可以实现对模拟信号的运算。
譬如比例运、加法运算、减法运算、积分运算、微分运算等。
其中，比例运算是最基本的运算形式，包括反相比例运算、同相比例运算两种。
2、以下为反相比例运算电路图：反相比例运算电路其核心器件就是集成运算放大器，外部信号 ui 通过电阻 R1 加在集成运放的反相输入端，反相输入端和输出端通过电阻 RF 联系起来，形成负反馈，是集成运算放大器工作在线性区，运算放大器的同相输入端通过电阻 R2 接地，输出信号用 uo 表示。
3、在这个电路中，由于存在着负反馈，集成运放工作在线性区，有“虚短”和“虚断”两个特性，下面结合以上两个特性分析输入信号与输出信号的传输关系。
（1）假设流入运放反相和同相输入端的电流分别为 i−和 i+ ，流过电阻 R1 的电流为 i1 ，流过电阻 RF 的电流为 iF ，反相输入端对地电压用 u−表示，同相输入端对地电压用 u+ 表示。
反相比例运算电路（2）根据虚断的原理，流入运放同相输入端的电流 i+=0 ，则电阻 R2 中的电流就为0，则电阻两端的电位就相等，因此 u+=0 。
根据虚短的原理， u+=u−=0 ，则电阻 R1 中流过的电流 i1=ui−u−R1 ，又因为 u−=u+=0 ，所以 i1=uiR1 。
电阻 RF 中流过的电流 iF=u−−uoRF ，同样根据 u+=u−=0 ，则 iF=−uoRF这是一个结点，根据基尔霍夫电流定律，流入结点的电流之和，等于流出该结点的电流之和。
则 i1=iF+i−，根据虚断的原理， i−=0 ，因此 i1=iF 。
根据 i1=uiR1 与 i1=iF 这两个公式可得， uiR1=−uoRF 。
通过变换可得： uo=−RFR1ui 。
（重要！）这个公式就是反相比例运算电路的输入信号与输出信号的关系式，比例系数为 RFR1 ，前面的负号"-"表示输出信号与输入信号的反相关系。
比例放大电路
比例放大电路同相比例和反相比例一、反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R 1加至运放的反相输入端，输出电压v o 通过反馈电阻R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R 1//R f 。
利用虚短和虚断的概念进行分析，v I=0，v N=0，i I=0，则即 ∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点图 1 反相比例运算电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R S加到运放的同相输入端，输出电压v o通过电阻R1和R f反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有v N=v P=v S，i1= i f于是求得所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下1．输入电阻很高，输出电阻很低。
2．由于v N=v P=v S，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。
三、加法运算电路图1所示为实现两个输入电压v S1、v S2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。
由于电路存在虚短，运放的净输入电压v I=0，反相端为虚地。
利用v I=0，v N=0和反相端输入电流i I=0的概念，则有或由此得出若R 1= R 2= R f ，则上式变为 –v O= v S1+ v S2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符 合 常规的算术加法。
该加法电路可以推广到对多个信号求和。
图 1 加法运算电路从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R ´=R 1//R2//R f 。
四、减法运算电路1、反相求和式运算电路 图1所示是用加法电路构成的减法电路，第一级为反相比例放大电路，若R f1=R 1，则v O1= –v S1；第二级为反相加法电路，可以推导出若取R 2= R f2，则v O = v S1–v S2由于两个运放构成的电路均存在虚地，电路没有共模输入信号，故允许v S1、v S2的共模电压范围较大。
同相比例和反相比例电路
同相比例和反相比例一、反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R 1加至运放的反相输入端，输出电压v o 通过反馈电阻R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R 1//R f 。
利用虚短和虚断的概念进行分析，v I=0，v N=0，i I=0，则即∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。
2．v N= v P ，而v P=0，反相端N 没有真正接地，故称虚地点。
3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R 1，输出电阻近似为零。
二、同相比例运算电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R S 加到运放的同相输入端，输出电压v o 通过电阻R 1和R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有v N= v P= v S ，i 1= i f 于是求得图 1 反相比例运算电路 图 1 同相比例运算电路所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下 1．输入电阻很高，输出电阻很低。
2．由于v N= v P= v S ，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。
三、加法运算电路图1所示为实现两个输入电压v S1、v S2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。
由于电路存在虚短，运放的净输入电压v I=0，反相端为虚地。
利用v I=0，v N=0和反相端输入电流i I=0的概念，则有或由此得出若R 1= R 2= R f ，则上式变为 –v O= v S1+ v S2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符 合 常规的算术加法。
该加法电路可以推广到对多个信号求和。
从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R ´=R 1//R2//R f 。
比例放大电路
同相比例和反相比例一、反相比例运算放大电路反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R 1加至运放的反相输入端，输出电压v o 通过反馈电阻R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。
R ¢为平衡电阻应满足R ¢= R 1//R f 。
利用虚短和虚断的概念进行分析，v I=0，v N=0，i I =0，则即∴该电路实现反相比例运算。
反相放大电路有如下特点1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。
2．v N= v P ，而v P=0，反相端N 没有真正接地，故称虚地点。
3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R 1，输出电阻近似为零。
二、同相比例运算电路图 1 反相比例运算电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R S 加到运放的同相输入端，输出电压v o 通过电阻R 1和R f 反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有v N= v P= v S ，i 1= if于是求得所以该电路实现同相比例运算。
同相比例运算电路的特点如下 1．输入电阻很高，输出电阻很低。
2．由于v N= v P= v S ，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。
三、加法运算电路图1所示为实现两个输入电压v S1、v S2的反相加法电路，该电路属于多输入的电压并联负反馈电路。
由于电路存在虚短，运放的净输入电压v I=0，反相端为虚地。
利用v I=0，v N=0和反相端输入电流i I=0的概念，则有或由此得出图 1 同相比例运算电路图 1 加法运算电路若R 1= R 2= R f ，则上式变为 –v O= v S1+ v S2式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号，实现符 合 常规的算术加法。
该加法电路可以推广到对多个信号求和。
从运放两端直流电阻平衡的要求出发，应取R ´=R 1//R2//R f 。
反相比例运算电路实验报告
反相比例运算电路实验报告反相比例运算电路实验报告引言：反相比例运算电路是一种常见的电路配置，广泛应用于电子工程中的信号处理、控制系统和测量仪器中。
本实验旨在通过实际搭建电路并进行测量，验证反相比例运算电路的工作原理和性能。
实验目的：1. 了解反相比例运算电路的基本原理和特性；2. 掌握搭建反相比例运算电路的方法；3. 熟悉使用示波器进行电路信号测量和分析。
实验器材：1. 功能发生器；2. 反相比例运算放大器；3. 电阻箱；4. 示波器；5. 连接线等。
实验步骤：1. 按照实验电路图搭建反相比例运算电路，将功能发生器的输出信号连接到反相输入端，将电阻箱与输出端连接，示波器连接到电阻箱两端，以便测量电路的输入输出信号波形。
2. 调节功能发生器的输出频率和幅度，记录不同输入信号下的输出信号波形和幅度。
3. 通过改变电阻箱的阻值，观察输出信号的变化，并记录相应的测量数据。
4. 分析实验数据，验证反相比例运算电路的工作原理和性能。
实验结果与分析：在实验过程中，我们得到了一系列的输入输出信号波形和幅度数据。
通过分析这些数据，我们可以得出以下结论：1. 反相比例运算电路可以将输入信号的幅度按比例放大，并取反输出。
2. 输入信号的幅度越大，输出信号的幅度也越大，但是输出信号的相位与输入信号相反。
3. 改变电阻箱的阻值可以改变输出信号的幅度，阻值越大，输出信号的幅度越小，反之亦然。
4. 反相比例运算电路具有良好的线性特性，在一定范围内，输入信号与输出信号之间存在着线性关系。
实验总结：通过本次实验，我们深入了解了反相比例运算电路的工作原理和特性。
实验结果验证了反相比例运算电路的线性放大和取反输出功能。
同时，我们还学会了使用示波器进行电路信号测量和分析，提高了实验技能。
反相比例运算电路的应用广泛，对于信号处理和控制系统设计有着重要意义。
在今后的学习和工作中，我们将进一步研究和应用反相比例运算电路，提高电子工程技术水平。
反相比例运算电路实验报告
反相比例运算电路实验报告一、实验目的1、掌握反相比例运算电路的工作原理。
2、学会使用实验仪器对电路进行测试和分析。
3、深入理解反相比例运算放大器的性能特点。
二、实验原理反相比例运算电路是一种基本的模拟运算电路，其输入信号通过电阻 R1 加到运算放大器的反相输入端，反馈电阻 Rf 连接在输出端和反相输入端之间。
根据运算放大器的“虚短”和“虚断”特性，可得输出电压Uo 与输入电压 Ui 的关系为：Uo ＝（Rf ／ R1）× Ui 。
其中，（Rf ／R1）称为反相比例系数。
三、实验仪器与设备1、数字示波器2、函数信号发生器3、直流电源4、万用表5、面包板6、运算放大器芯片（如 741 等）7、电阻（若干，阻值根据实验要求选取）四、实验内容与步骤1、按照电路图在面包板上搭建反相比例运算电路。
选择合适的电阻值，例如 R1 ＝10kΩ，Rf ＝100kΩ。
2、连接函数信号发生器，将其输出的正弦波信号作为输入信号 Ui ，调节信号的频率和幅度。
3、使用示波器同时观测输入信号 Ui 和输出信号 Uo 的波形，记录其幅度和相位关系。
4、改变输入信号的频率和幅度，观察输出信号的变化情况。
5、用万用表测量输入电阻和输出电阻，并与理论值进行比较。
五、实验数据记录与分析1、输入信号频率为 1kHz ，幅度为 1V 时，输出信号的幅度约为－10V ，相位与输入信号相差 180°，与理论计算相符。
2、当输入信号频率升高到 10kHz 时，输出信号的幅度略有下降，可能是由于电路中的寄生电容和电感等因素的影响。
3、改变输入信号的幅度，输出信号的幅度也相应地按照反相比例系数变化。
通过测量输入电阻和输出电阻，发现实际值与理论值存在一定的误差，这可能是由于电阻的实际阻值存在偏差以及测量误差等原因造成的。
六、实验中遇到的问题及解决方法1、最初搭建电路时，输出信号出现了明显的失真。
经过检查，发现是由于接线不牢固，导致接触不良。
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小结
• 复习用万用表测量电压 • 学会分析数据 • 掌握反相比例运放电路结构以及结论 • 学会用反相比例运放解决问题
调零
1、调整电位器R4 使 其滑动臂的电位为零 （用万用表测量）
2、调整电位器R7， 用万用表测量运放的 输出端的电位，使输
出电位为零。
测量1
1、调整电位器R4的 滑动臂到最上端
教学目标 了解电路结构以及输入输出电压关系 学会电压的测量
重点难点 如何正确测量电压
课前准备 贯彻实验室7S管理理念
实训工具 变压器、万用表、螺丝刀等
电路板原理图
o V 2 ULM741CN 856 k 7 0 74 R1 k 1 0 1R 321 5 3 3.3KR 5.1kR 4 R KK 26 00 1R1R k 1 VCC
2、分别测量电阻R1、 R3两端的电压以及滑 动臂电压和输出电压
测量2
1、调整电位器R4的 滑动臂到最下端
2、分别测量电阻R1、 R3两端的电压以及滑 动臂电压和输出电压
i i 0
i1 iF
Avo
u u 0
练习-基础篇
已知：R1为1千欧，R2 为10千欧。
求：输出电压Uo1
该电信号，但是实验室只 有它的反相信号，该同学束手无策，你能帮助他吗？
练习-终极篇
已知：R1=1KΩ，R2=R4=R5=10 KΩ，R3=R6=0.9 KΩ 。 求：输出电压Uo1
反相运放电路图
实际电路板
测量步骤
集成运放调零 调节滑变，测量电压 反向调节滑变，测量电压
表格
R3(5.1 k ) R1(10 k ) R3(5.1 k ) R1(20 k ) 输入 Vi
第一次 测量
输出 Vo
U1/U3
第二次 测量
U1/U3
R1/R3
结论
vo
R1 R3
vi
反相比例运算
ri