反相输入比例运放电路
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。
反相比例运算放大电路
反相比例运算放大电路反相比例运算放大电路是一种常见的电子电路，它能够将输入信号进行放大并反向输出。
本文将介绍反相比例运算放大电路的工作原理、应用领域以及优缺点。
一、工作原理反相比例运算放大电路是一种基于运算放大器的电路。
运算放大器是一种具有高增益、低失调和低偏置电流的放大器，它具有两个输入端和一个输出端。
反相比例运算放大电路使用了运算放大器的负反馈特性，通过控制输入信号和反馈信号的比例关系来实现放大和反相的功能。
在反相比例运算放大电路中，输入信号通过一个输入电阻连接到运算放大器的非反相输入端，同时通过一个反馈电阻连接到运算放大器的输出端。
当输入信号增大时，根据反馈电阻的连接方式，输出信号将反向放大。
具体来说，当输入信号增大时，运算放大器的输出端电压会减小，根据反馈电阻的连接方式，输入信号会被反向放大并输出。
二、应用领域反相比例运算放大电路在实际应用中具有广泛的应用领域。
其中一个典型的应用是放大音频信号。
在音响系统中，反相比例运算放大电路可以将输入的音频信号进行放大，并反向输出到扬声器上，实现音频信号的放大和反向输出。
反相比例运算放大电路还常用于传感器信号的放大和处理。
传感器通常输出的是微弱的信号，需要通过放大电路进行放大后才能被后续的电路进行处理。
反相比例运算放大电路可以将传感器输出的信号进行放大，并反向输出到后续的电路中进行处理。
三、优缺点反相比例运算放大电路具有一些优点和缺点。
首先，它具有简单、稳定的特点，可以实现高增益的放大效果。
其次，由于采用了负反馈的原理，可以有效地抑制噪声和失真。
此外，反相比例运算放大电路还具有输入电阻高、输出电阻低的特点，可以适应不同的输入和输出条件。
然而，反相比例运算放大电路也存在一些缺点。
首先，由于采用了负反馈，输出信号会有一定的相位延迟。
其次，由于运算放大器本身的限制，反相比例运算放大电路的输入和输出范围可能会受到限制。
此外，由于电路中存在电阻元件，还会产生一定的热噪声和失真。
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。
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 +_
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 。
反向输入比例运算电路
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
该电路的反馈类型
练习-提高篇
某同学在实验中需要用到一个信号，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
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
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
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 。
反相比例放大电路精讲
uo Rf 电压放大倍数: A ui R1
uo ui R1 Rf
2 电路图
ห้องสมุดไป่ตู้
3 输出波形图
关于电路的注意事项：
(1)同相输入端通常通过电阻R2接地 , R2是一静态平衡 电阻，即在静态时（输入信号ui＝0）,两个输入端对地的 等效电阻要相等，达到平衡状态。其作用是消除静态基极 电流对输出电压的影响。因此：R2＝R1//RF。 (2)设ui为正，则uo为负，此时反相输入端的电位高于输 出端的电位，输入电流i1和反馈电流if的实际方向即如图 中所示，差值电流id＝i1－if，即if削弱了净输入电流 (差值电流)，故为负反馈。反馈电流if取自输出电压uo， 并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电 流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。因 此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路 。
反相放大器的原理
1 反相比例运算 2 电路图 3 输出波形图
集成运算放大器构成的运算电路
1 比例运算电路
一. 反相比例运算
虚地点
if
Rf
判断方法：
把放大器看成理想放大器， 根据它的电压传输特性，可 以利用虚短和虚断的方法
ui
R1 i1
u－ u+
－ ∞ A + +
uo
u+ =0 u－=u+=0（虚地）
总结
集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对 数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均 存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状 态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析， “虚短”和“虚断”的概念是电路分析的有力工 具。
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小结
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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
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 ) 第一次 测量 U1/U3 第二次 测量 U1/U3 R1/R3
输入 Vi 输出 V o
结论
R1 vo vi R3
反相比例运算
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
ri
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
该电路的反馈类型
练习-提高篇
某同学在实验中需要用到一个信号，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
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
VCC
1
k
1
R
1
R
0
0
6
2
K
K
R
4Leabharlann 5.1kR3.3K
R
反相运放电路图
3
5
1
3
2
1
R
0
1
1
R
k
4
7
0
7
k
5
6
8
LM741CN
U
2
V
o
实际电路板