运算放大器及其线性应用
运算放大器的线性应用和非线性应用
充电
放电
++
Uo=Vz+ UDoN
31
(5)电容器端电压随时间变化规律为
32
二、设计过程
1、求R1和R2的值,可使F=0.47,则 T=2RC
图7-16
方波发生器
29
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:
30
强调:
39
实验箱双电源的接法
40
四运放管脚图
TL084、LM324
41
运放的检测电路
当Uo=Ui1时，运放是好的。
42
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
16
五、反相加法器
17
又因为 if=i1+i2+i3，则
18
六、同相相加器
19
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
1） Ec= ±9V
2) RL= 5.1KΩ
集成电路运算放大器的线性应用
高开环增益
输入端几乎不吸收电流， 使得输入信号源不受负
载影响。
输出端具有很低的内阻， 可以驱动较大的负载。
无反馈时的电压放大倍数 极高，使得运算放大器具
有很高的放大能力。
高共模抑制比
对共模信号（两个输入端共 有的信号）有很强的抑制能
力，提高了抗干扰性能。
常见集成电路运算放大器类型
通用型运算放大器
高精度运算放大器
故障诊断与排除方法
01 02 03 04
当运算放大器出现故障时，首先检查电源和接地是否正常，排除电源 故障。
检查输入信号是否正常，以及输入电路是否存在短路或开路现象。
观察运算放大器的输出信号是否正常，如有异常则检查反馈电路和元 件是否损坏。
使用示波器等测试工具对运算放大器进行测试，进一步确定故障原因 并进行修复。
参考运算放大器的典型应 用电路，选择合适的外围 元件和参数。
应用注意事项与技巧
01 在使用运算放大器前，应对其进行充分的测 试和验证，确保其性能稳定可靠。
02
合理设计运算放大器的输入和输出电路，避 免引入不必要的噪声和失真。
03
注意运算放大器的电源和接地设计，确保电 源稳定且接地良好。
04
根据应用需求选择合适的反馈电路和元件， 以实现所需的放大倍数和带宽。
音频滤波器
通过配置运算放大器和外围元件，构成 各种滤波器，如低通、高通、带通等， 对音频信号进行频率选择和处理。
传感器信号调理电路
传感器信号放大电路
01
针对传感器输出的微弱信号，利用运算放大器进行放大，提高
信号的幅度和信噪比。
传感器信号滤波电路
02
去除传感器信号中的噪声和干扰，提取有用的信号成分，提高
电子技术基础--第七章--集成运算放大器的线性应用和非线性应用
i1 i f 0
u O (1
Rf R1
)u i
u I 0 R1i1
uI i2 i1 R1
i1
uI R1
0 u M R2 i2
u M R2 i 2 R2 uI R1
0 u M R3i3
减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 为减小失调误差 R1//Rf=R2//R3
（五）反相积分运算电路
duC i 2 C dt
uC 0 uO
duo i2 C dt
u I 0 R1i1
i1 i2 0
du uI (C o ) 0 R1 dt
vI T
（同相过零比较器）
O
2
3
4
t
电压传输特性
vO
vO VOH
VOH O t
O VOL
vI
VOL
思考
1.若过零比较器如图所示，则它 的电压传输特性将是怎样的？ 2.输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
+VCC vI + A -VEE vO
vI T 2
+VCC vI + A -VEE vO
具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了。
比例运算电路 加法电路
减法电路 积分电路
微分电路
一、运算电路
• （一）反相比例运算电路 • （二）同相比例运算电路
（一）反相比例运算电路
i1 i f 0
u N uo R f i f
if u N uO u O Rf Rf
集成运算放大器的线性应用（思考题解答）
实验四 集成运算放大器的线性应用（思考题解答）1. 理想集成运算放大器具有哪些特点？答:电压放大倍数A v →∞，输入电阻R i →∞，输出电阻R O →0，共模抑制比K CMRR →∞，带宽BW →∞，无零点漂移和温漂等。
2. 运放具有虚短、虚断的条件是什么？你能否根据运放输出电压的大小判断其是否存 在虚短、虚断？答: 运放具有虚短、虚断的条件是电路有深度负反馈，集成运放工作在线性放大区.如果集成运放输出电压的大小达到最大输出电压幅度V OM (如本实验中V CC 为12V ，则V OM 约为10.5V 。
)，则说明运放已工作在限幅区,此时虚短特点不再存在，而虚断成立。
3．实验内容1、2中，当V i = 2V 时，理论上分析反相端电位V –应为多大？答：实验内容1，电路如图：若V i = 2V ，则运放工作在限幅区， V o=-10V(为计算方便起见，假定V OM =10V)。
应用叠加原理可计算得：VV R R R V R R R V o f i ff 91.0)10(1001010210010100111=-⋅++⋅+=+++=-实验内容2，V i = 2V 时，V -的数值请自行分析。
4．图4—6（b ）电路，说明当输入信号频率远大于CR 21f f o ⋅π=时，电路为积分电路，输入信号频率远小于f o 时，则电路为一个反相输入比例放大器的理由。
答：如图电路：若输入信号V i 的频率CR f f f π210=>>时，则有fC R f π21>> ，f R 的影响可忽略，视为开路， 所以电路即为积分电路。
若C R f f f π210=<<时，则有fCR f π21<< ，C 的影响可忽略，视为开路，所以电路即为反响输入比例放大器。
5432TitleR fR R R LA+p =R f //R 11--++V o V i 100K10K321A+A +CCR fR =R Rp R //R fV oV oV i V i。
《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：
电工电子实验报告实验46运算放大器的线性应用
电工电子实验报告实验46运算放大器的线性应用
实验目的：
1.了解运算放大器的基本原理和特性；
2.了解运算放大器在线性应用中的应用；
3.掌握运算放大器的性能参数的测试方法。
实验仪器和材料：
1.运算放大器集成电路；
2.函数发生器；
3.直流电源供电电路；
4.信号发生器；
5.锁相放大器；
6.示波器。
实验原理：
运算放大器是一种特殊的放大器，它的主要特点是输入电阻极大，输
出电阻极小，倍数稳定。
运算放大器一般由差动放大器、输入级、中间级、输出级和负反馈电路组成。
实验步骤：
1.将运算放大器集成电路插入插座中，接入电源电压；
2.使用函数发生器产生一个频率为1kHz的正弦信号，调整振幅为1V；
3.将信号源连接到运算放大器集成电路的非反相输入端，将运算放大器集成电路的输出端连接到示波器的通道1；
4.调整示波器的刻度，使正弦信号波形在示波器屏幕上显示完整；
5.调整函数发生器的频率，并观察示波器屏幕上信号波形的变化；
6.测量运算放大器的输入电阻、输出电阻。
实验结果：
通过实验可以观察到随着函数发生器频率的变化，示波器屏幕上信号波形的变化情况。
当频率较低时，波形显示完整；当频率逐渐增加时，波形开始变形，幅度逐渐减小。
实验总结：
通过本次实验，我们深入了解了运算放大器的基本原理和特性，学会了运算放大器在线性应用中的应用。
同时，我们还掌握了运算放大器的性能参数的测试方法，如输入电阻、输出电阻的测量方法。
运算放大器在电子电路中具有广泛的应用，对于电子工程专业的学生来说，掌握运算放大器的使用非常重要。
实验题目集成运算放大器的线性应用(3学时)
实验题目 集成运算放大器的线性应用（3学时）
一、实验目的：
1． 学会使用集成运算放大器，了解其型号、参数的意义。
2． 掌握比例、求和运算电路的设计方法。
3． 分析运算精度与电路参数的关系。
二、预备知识：
1． 复习信号运算电路工作原理，了解集成运算放大器µF741的管脚排列与功能。
2． 设计运算电路以实现下列运算关系：
321425i i i o U U U U -+=
i o U U 5-=
)(512i i o U U U -=
i o U U =
其中，)100~50(321===i i i U U U mV 。
3． 完成预习报告。
三、实验要求：
1． 组装电路。
2． 调整电路使其正常工作。
3． 按照设计方案，验证运算结果，并与理论值进行比较。
4． 完成实验报告，要求：
① 画出所设计的实验电路。
② 列表、整理实验数据。
③ 分析误差原因。
④ 回答思考题。
四、思考题：
1． 设计电路时，对集成运算放大器的两个输入端外接电阻有什么要求？
2． 做运算电路实验时，是否需要调零（即0=i U 时，0=o U ）？不调零对电路有什么影响？。
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ui
V
2
iO 2
R
L
uO 动态时：忽略发射结死区电压，在ui
－
iC 2
U CC
的正半周期内，V1导通，V2 截止。V1 以射极输出器的形式将正方向的信号 变化传递给负载。电流方向如图中红 色箭头所示，最大输出电压幅度受V1
Electronic Technique
Ma Liming
管饱和的限制，约为+UCC 。
Ma Liming Electronic Technique 7
2. 效率η——高
功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号
功率 Po 直流电源供给功率放大器功率 PE 之比 , 用 η 表
示，即：
po 100% pE
功率放大器要求高效率地工作，一方面是为了提
高输出功率，另一方面是为了降低管耗。直流电源供
c. 输出失真大 d. 放大管的导通角2θ =π
Ma Liming Electronic Technique 13
(3) 甲乙类放大电路
iC
静态工作 点位置 集电极电 流波形 π <2 < 2π
iC3
0
QA
uCE
ICQ
0 π 2π 3π
特点：
a. 静态功耗较小
c. 输出失真较大
Electronic Technique 14
Ma Liming
电 压 放 大
Electronic Technique
功 率 放 大
2
1. 功放电路与小信号放大电路的比较 (1) 共同点： 都是能量转换电路，把直流能量转换为交流信 号能量。 (2) 不同点： 普通小信号放大电路： 要求负载得到不失真电压信号，不要求输出 功率；电路工作在小信号状态，研究的问题是电
Ma Liming Electronic Technique 4
4.2、 功率放大电路的特点和分类
在多路放大电路末级、集成功率放大器、集成 运算放大器等模拟集成电路的输出级，往往要求有
较高的输出功率或要求具有较大的输出动态范围以
驱动下一级负载,如音箱等。 这类主要用于向负载提供功率的放大电路称为 功率放大电路。
足对方缺少的半个周期，RL上仍得到 与输入信号波形相接近的电流和电压。 故称这种电路为乙类互补对称放大电路。
Ma Liming
Electronic Technique
19
U CC
uI
o
iC1
V
1
io1
iO1
t
U
io2
＋
o
t t t
E
ui
V
2
iO 2
R
L
uO
－
iL
o
o
iC 2
U CC
Ma Liming
b. 能量转换效率较高 d. 放大管的导通角π<2θ <2π
Ma Liming
iC
iC
Q
甲类：三极管(2c= ) 360°导电
U CC u CE
0
t
(a) 甲类
0
iC
甲乙类：三极管 (2c= )180°～360 °导 电
Q
0
iC
C
t
(b) 甲乙类 i
乙类：三极管(2c= ) 180°导电
0
U CC u CE
18
U CC
iC1
V
1
在负半周期， V2 导通， V1 截止。 V2 以 射极输出器的形式将负方向的信号变化 传递给负载。电流方向如图中虚线箭头
iO1
U
E
所示。最大输出电压幅度受V2管饱和的
＋
ui
V
2
iO 2
R
L
限制，约为 -UCC。 由于V1、V2管轮流导通，相互补
uO
－
iC 2
U CC
Po 2 RL PDC 2 U U om CC RL
2 U 1 OCL电路最高效率为： CC Po 2 RL m 78.5% PDC 2 U U CC 4 CC RL Ma Liming Electronic Technique 25
om4)管耗:U Om 2U CC I C1 U CC RL 2
PDC max
Ma Liming
2 U U 2 2 CC CC UCC RL RL
Electronic Technique 24
3） 效率
PO OCL电路的效率为： PDC 其中， Po为电路输出功率，PDC为直流电源提供 的功率。 1 U2
Ma Liming Electronic Technique 5
4.2.1、功率放大器的主要指标
1、输出功率Po——足够大 功率放大器应在输出不失真的情况下给出最大 的交流输出功率Po以推动负载工作。为此，功放管 一般工作在大信号状态 , 以不超过管子的极限参数
（ICM、UCEO、PCM）为限度。这就使功放管安全工
直流电源送入电路的功率，一部分转化为输
出功率， 另一部分则损耗在三极管中。
2 U om 1 U om U om UCC U om 1 1 2 P ( PDC Po ) ( UCC ) ( ) C1 P C2 2 2 RL 2 RL RL 4
dPC1 1 U CC 1 U om 2 当 0时,即U om U CC时, PC1达到最大值 dU om RL 2 RL
第四章、功率放大电路 （电流放大）
重点：掌握小信号放大与功 率放大的异同；
掌握乙类互补对称功
率放大电路的电路结构和工
作原理；
掌握功率放大器的性 能指标的计算；
4.1、概述
功率放大器：在电子系统中，模拟信号被 放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬 声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等，推 动一个实际负载需要的功率很大，能输出较大功 率的放大器称为功率放大器。 例： 扩音系统 信 号 提 取
2 U 1 om
式中， Iom 为集电极交流分量电流最大值， Uom
为三极管c、 e极间交流电压最大值。
其中
Uomm UCC UCE ( sat ) UCC
Po max
2 U 1 cc
2 RL
23
Ma Liming
Electronic Technique
2）每个直流电源提供的功率：
非线性失真，成为功率放大器的又一个重要问题。
概括起来说，要求功率放大器在保证晶体管安
全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可
能高的电源转换效率和尽可能小的非线性失真，同 时功放管的散热性能要好。
Ma Liming Electronic Technique 9
由于功率放大电路的输出电压和输出 电流都很大，信号作用的范围进入了晶体 管特性的非线性区，所以在分析时不可再 用微变等效电路，而应采用图解法。
P DC UCC IC1 UCC IC 2
其中I C1 I C 2 I cm I cm 1 I cm sin td (t ) ( cos t ) 2 0 2 0
两个直流电源提供的总功率：
PDC U CC I C1 U CC I C 2
Electronic Technique
20
射极输出器输出电阻很低，所以，互补对称放
大电路具有较强的带负载能力，即它能向负载提供
较大的功率，实现功率放大作用，所以又把这种电 路称为乙类互补对称功率放大电路。 在如图电路中，尽管两只三极管都只在半个周
期内导通（工作在乙类状态），但它们交替工作，
使负载得到完整的信号波形。 这种形式称为“互 补”。
Ma Liming
Electronic Technique
10
4.2.2、功率放大器的分类
放大电路按三极管在一个信号周期内导通时
间的不同，可分为甲类（A类） 、乙类（B类、
低频） 、甲乙类（AB类、低频） 、丙类（C类、 高频）以及丁类（D类、高频）放大。
功率放大电路类型很多，目前低频电子电 路中广泛采用乙类（或者甲乙类）互补对称功 率放大电路。
Ma Liming Electronic Technique 16
4.3 互补对称功率放大电路
4.3.1 、 乙类双电源互补对称功率放大电路
OCL（Output Capacitor Less、无输出电容） 互补对称式功率放大电路 1、电路和工作原理
iC1
V
1
U CC
iO1
U
E
ui
V
2
iO 2
R
L
Ma Liming Electronic Technique 21
2. 输出功率和效率
在OCL电路中, 每只三极管集电极静态电流为零,
因而该电路效率高。 1） 输出功率Po
当输入正弦信号时，每只三极管只在半周期
内工作， 忽略交越失真，并设三极管饱和压降
UCES=0 ，在 Uom≈UCC 时输出电压幅度最大。最大
PC1m PC 2 m
Ma Liming
U 2CC 2 RL
Electronic Technique 26
已知UCC=24V,RL=8Ω，试估算放大电路的最大输出功 率POm及此时电源供给的功率PDC和管耗PC。
U CC
iC1
V1
Po max
1 24 24 W 36W 2 RL 2 8
Ma Liming Electronic Technique 11
1．工作状态分类
根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。 (1) 甲类放大电路 特点： a. 静态功耗大 iC