模电集成运放放大电路
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。
模电
பைடு நூலகம்
3.输入偏置电流 IB ： 输入偏置电流I 输入偏置电流 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值， 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，
用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 用于衡量差分放大对管输入电流的大小。
模拟电子技术第四章
I IB = 1 ( I B1 + I B 2 ) 2
模拟电子技术第四章
注意：在以后教学中， 注意：在以后教学中， 这两种符号都会出现， 这两种符号都会出现， 两者画法不同， 两者画法不同，但都表 示集成运放。 示集成运放。
V
+ －
A
∞
+
u o 输出端
国际符号： 国际符号：
集成运放的特点： 集成运放的特点： 开环电压增益高 Aod>105 开环电压增益高
不能太大
上页
首页
下页
二、运放的保护措施 输入保护
模拟电子技术第四章
二极管的钳位作用， 二极管的钳位作用，使差模输 入不超过范围。 入不超过 0.7V~0.7V范围。 范围
有效防止共模输入幅值过大
上页
首页
下页
输出保护电路
模拟电子技术第四章
双向稳压， 双向稳压，即可在必要时为 负载分流而起过流保护， 负载分流而起过流保护，也 能限制运放的输出电压不超 过稳压管的稳压电压。 过稳压管的稳压电压。
为运放设置合理的静态偏置电路和调零电路
为运放输入端设置合适的去耦电容以消除自激震荡
上页 首页 下页
选择集成运放时注意的问题： 选择集成运放时注意的问题：
不要盲目追求指标先进。 不要盲目追求指标先进。
模拟电子技术第四章
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
模电第六章集成运算放大电路
=
vod vid
差模电 压增益
对线性放大电路而言
c
=
voc vic
共模电 压增益
vo = Avdvid + Avcvic
6.2.2 射极耦合差分式放大电路 1．基本电路 在图6.2.1中，如选用两只特性全同的
BJT T1 和 T2 ，则可得如图6.2.2所示射 极耦合差分式放大电路。
图 6.2.2射 极耦合差分 式放大电路。
IC13；
④若要求IC10=28A，试估算电阻R4的阻值。
T12 IC10
R5
IREF
T10
T11
R4
+VCC T13 IC13
-VEE
解：
IREF
=VCC+
VEE-2VBE R5
IC13 = IREF（1 - —b—+22）
UT
ln
I C11
I C 10
I C10R 4
T10、T11构成微电流源，
引言 集成放大电路的特点
把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上， 构成特定功能的电子电路，称为集成电路(IC －Integrated Circuits)。它的体积小，而性 能却很好。
集成电路按其功能来分，有数字集成电路和 模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有 运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、 模拟乘法器、模拟锁相环、模—数和数—模 转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他 模拟集成电路等。
图 6.2.2射 极耦合差分 式放大电路。
图6.2.3 (a)交流通路
图6.2.3 （a)交流通路 图6.2.3 （b)半边等效电路
当从两管集电极作双端输出，未接RL时其差 模电压增益与单管共射放大电路的电压增益
模电第四章 集成运算放大电路题解
集成运算放大电路自测题一、选择合适答案填入空内。
（1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为。
A．可获得很大的放大倍数B. 可使温漂小C．集成工艺难于制造大容量电容（3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的。
A.指标参数准确B.参数不受温度影响C．参数一致性好（4）集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以。
A．减小温漂B. 增大放大倍数C. 提高输入电阻（5）为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用。
A．共射放大电路B.共集放大电路C．共基放大电路解：（1）C （2）B （3）C （4）A （5）A三、电路如图T4.3所示，已知β1=β2=β3=100。
各管的U BE均为0.7V，试求I C2的值。
图T4.3解：分析估算如下：100BE1BE2CC =--=R U U V I R μA100)2221(2C =≈++-=R R I I I ββμA习 题4.1 通用型集成运放一般由几部分电路组成，每一部分常采用哪种基本电路？通常对每一部分性能的要求分别是什么？(概念题目，直接看结果)解：通用型集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四个部分组成。
通常，输入级为差分放大电路，中间级为共射放大电路，输出级为互补电路，偏置电路为电流源电路。
对输入级的要求：输入电阻大，温漂小，放大倍数尽可能大。
对中间级的要求：放大倍数大，一切措施几乎都是为了增大放大倍数。
对输出级的要求：带负载能力强，最大不失真输出电压尽可能大。
对偏置电路的要求：提供的静态电流稳定。
4.2 已知一个集成运放的开环差模增益A od 为100dB ，最大输出电压峰-峰值U opp ＝±14V ，分别计算差模输入电压u I （即u P －u N ）为10μV 、100μV 、1mV 、1V 和－10μV 、－100μV 、－1mV 、－1V 时的输出电压u O 。
解：根据集成运放的开环差模增益，可求出开环差模放大倍数5od od 10dB100lg 20==A A当集成运放工作在线性区时，输出电压u O ＝A od u I ；当A od u I 超过±14V 时，u O 不是＋14V ，就是－14V 。
模电集成运放实物图
3.反相加法运算电路
电路图
uo Rf (
ui1 ui 2 ) R1 R 2
实验内容
1) 按图连接实验电路。 2) 接通电源，调零之后，用电位器分压电路产
生大小不同的两个电压ui1、 ui2 ，完成表 2.31 。
3.减法运算电路
电 路图
uo
Rf (ui 2 ui1) R1
实验内容
1) 按图连接实验电路。 2) 接通电源，调零之后，用电位器分压电路产
生大小不同的两个电压ui1、 ui2 ，在反相输入 端加直流信号ui1，在同相端加直流信号ui2， 完成表2.32 。
3积分运算电路
电路图
1 uo(t ) RC
t
0
Edt
E t RC
实验内容
1) 按图连接实验电路。 2) 接通电源，调零之后，输入ui接矩形波，其
万用表测输出uo。然后调节调零电位器RW, 使uo=0。 3) 在反相端加直流信号ui，完成表2.29 。
同相比例运算电路
uo (1
Rf )ui R1
uo Rf AVf 1 ui R1
实验内容
1) 按图连接实验电路。 2) 接通电源，调零之后在同相输入端加直流信
号ui，完成表2.30 。
幅值为1V，频率为1kHz,观察输出波形，描 绘出曲线uo=f(t)。
集成运算放大器组成的基本运算 电路
集成运算放大UA741管脚说明
U+12vຫໍສະໝຸດ U+-12v
Uo
1、4、5脚接调零电位器
1.反相比例运算电路
实验电路图
uo
Rf ui R1 uo Rf AVf ui R1
电路模电实验之运算放大器实验报告
目录1实验目的2 2实验原理23实验设计33.1实验I基础型实验 (3)3.1.11、电压跟随器——检测运放是否正常 (3)3.1.2反相比例运算放大器电压放大特性 (3)3.2实验II设计型实验 (4)3.2.1减法器的设计 (4)4实验预习仿真44.1电压跟随器——检测运放是否正常 (4)4.2反相比例运算放大器电压放大特性 (5)4.3减法器设计 (6)5数据处理7 6实验总结9 7思考题9 8实验讨论91实验目的•深刻理解集成放大器工作在线性工作区时,遵循的两条基本原则——虚短、虚断•熟悉集成运算放大器的线性应用。
•掌握比例运算等电路、训练设计运放电路的能力。
2实验原理集成运算放大器是一种高电压放大倍数的多级直耦放大电路,在深度负反馈条件下,集成运放工作在线性工作区,它遵循两条基本原则：1.虚短：U i=U−−U+≈02.虚断：I N≈I p≈0（非线性区也成立）用途:广泛应用于各种信号的运算处理、测量以及信号的产生、变换等电路中。
图1：运算放大器符号3实验设计3.1实验I基础型实验3.1.11、电压跟随器——检测运放是否正常3.1.2反相比例运算放大器电压放大特性3.2实验II设计型实验3.2.1减法器的设计1.自行设计运放电路，要求实现u0=2u i2−u i12.将u i分别设置为以下两组信号，验证电路是否满足要求4实验预习仿真4.1电压跟随器——检测运放是否正常图2：Multisim接线图3：Multisim结果4.2反相比例运算放大器电压放大特性图4：Multisim 接线图5：Multisim 结果U i (V )理论值(V )实测值(V )U N U P U O U O U iU N U P U O U O U i-0.300310455.314µV 564.134µV 3.012V 10.040.3-310563.904µV489.999µV-2.987V9.964.3减法器设计设计如图所示：表3：验证结果波形频率u i u0直流0u i1=1V,u i2=2V3.04V正弦波500Hz u i1=1V,u i2=2V2.98V5数据处理表1U i(V)理论值(V)实测值(V)U N U P U O U OU iU N U P U O U OU i-0.3003100.1mV0.2mV 3.66V12.20.300-310-0.1mV0-3.65V12.16表2波形频率u i u0直流0u i1=1V,u i2=2V 3.00V正弦波500Hz u i1=1V,u i2=2V 3.24V1.完成表1，并绘制基础型实验的运放的电压传输特性;2.列出基础型实验中U i和U o理论关系式，并和仿真数据、实际数据比较;•电压跟随器u i=u o仿真数据中u i=u o,实验数据u i=1.00V,u o=1.04V,在误差允许范围内，所以等式也成立。
模电--运算放大器
2.2.2 理想运放电路模型
V＋
iP = 0
vP
ri
ro
+
+
vo
vN iN = 0
Avo(vP – vN) V－
vO / V V＋
O vP – vN /mV V－
12 / 105
2.3 基本线性运放电路
2.3.1 同相放大电路
• 基本电路 • 负反馈概念 • 虚短与虚断 • 近似计算 • 电压跟随器
2.1.2 运算放大器电路模型
B. 电压传输特性
Avo越大，运放的线性 范围越小，必须在输
vo / V 正饱和
V＋
线性放大区
出与输入之间加负反 馈才能使其扩大输入
vo = Avo(vP – vN)
信号的线性范围。
O
vP – vN /mV
例：若UOM =12V，Avo=106，
则 |ui| <12V 时，运放
15 / 105
2.3 基本线性运放电路
2.3.1 同相放大电路
3. 虚短与虚断
vi
由于运放的开环放大倍数很
大，输入电阻高，输出电阻
ii vp
vid+–
vn
+
A
–
vo
小，分析时常将其理想化， 称所谓的理想运放。
R1 R2
理想运放
线性区工作特点
Avo
ri ro 0
uo Avo (up un ) up un
v3
v2–
–
A2
+
R3 v4
v4
v2
iR2
R1 R2 R1
v2
R2 R1
v1
R4 R3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0
uP- uN
U om
集成运放的电压传输特性
Uom, uP uN
u0
Uom, uP uN
练习 已知一个集成运放的开环差模增益Aod为100dB，最大输出电压峰-峰
值Uopp＝±14V，分别计算差模输入电压uI（即uP－uN）为10μV、100μV、 1mV、1V和－10μV、－100μV、－1mV、－1V时的输出电压uO。
ln
I E1 IS0
UT
ln
IE0 I E1
I E1Re1
I E0 Re0
UT
ln
IE0 I E1
比例电流源
当 >>2时， IC0≈IE0≈IR ， IC1 ≈ IE1
所以
IC1
Re0 Re1
IR
UT Re1
ln
IR IC1
在一定范围内
IC1
Re0 Re1
I
VCC RR
U BE Re0
0
特点：具有更高的温度稳定性。
u0 1103 105 100V Uopp
运放工作在非线性区
u0 14V
同理
uI 1V 时，u0 14V
4—2 集成运放中的电流源电路
电流源是一个输出电流恒定的电源电路， 与电压源相对应。在模拟集成电路中广泛使用 各种电流源，为各种放大电路提供稳定的偏置 电流，或作有源负载。
电流源在电路中的作用
第四章 集成运算放大电路
4—1 集成运算放大电路概述 4—2 集成运放中的电流源电路 4—3 集成运放电路简介 4—4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4—5 集成运放的种类及选择 4—6 集成运放的使用
本章要求
熟悉集成运放的组成及各部分的作用，正确理解主 要指标参数的物理意义。
了解电流源电路的工作原理。 了解一种运放电路的工作原理。
（1）提供静态偏置电流 （2）作为有源负载(取代高阻值电阻)
4—2 集成运放中的电流源电路
4.2.1 基本电流源电路
镜像电流源 比例电流源 微电流源
4.2.2 改进型电流源电路
加射极输出器的电流源 威尔逊电流源
4.2.3 多路电流源电路 4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
有源负载共射放大电路 有源负载差分放大电路
4—1 集成运算放大电路概述
集成电路： 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件 制作在一块硅基片上，构成的特定功能的电子电路。 体积小（密度高）、引线短、外接线少，从而提高了电子
设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本。
分类 模拟集成电路： 集成运算放大器、集成功率放大器等。
按功能分 数字集成电路： 集成触发器、集成计数器等。
iC
三极管工作在放大
区，则其输出特性具
VCC Rc
有恒流特性。
但易受温度影响
ICQ
Q
IBQ
VCC vCE
电路如图所示
VB
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
I
＝
E
VB－VBE Re
故输出恒定电流
VCC Rb1
Rb 2
RO
三极管电流源
采用适当的辅助电路，可使其恒流特性更接近于理想情况。
4.2.1 基本电流源电路
IC
IC
1 1
2
IRBiblioteka 10Ic1 0.83I R
当>>2时，输出电流
IC1
IR
VCC
U BE R
不满足>>2时，输出电流误差大
纵向晶体管 (百倍以上)
特点： 镜像电流源具有一定的温度补偿作用：
↗ IC1↑ T(℃) ↑
↘ IC0↑ → IR↑→UR(RIR) ↑
→UB↓→IB↓
→ IC1↓
2、比例电流源
按构成器件的类型： 双极型和单极型
按外形：双列直插式、圆壳式、扁平式。
4.1.1 集成运放的电路结构特点
1. 集成运放均采用直接耦合方式。 2. 电路结构与元件参数具有对称性。 3. 用有源器件代替无源器件。 4. 采用复合结构的电路。
4.1.2 集成运放电路的组成及其各部分的作用
集成运算放大器实质是高增益的直接耦合多级放大电路。
uP 输入级
中间级
uO 输出级
uN
偏置电路
4.1.3 集成运放的电压传输特性
1. 符号
uP uN
+
- Aod
uO
集成运放的符号
uP→同相输入端， u0与uP同相。 uN→反相输入端，u0与uP反相。
Aod→开环差模放大倍数。
2. 电压传输特性
uO
U om
线性区： u0 Aod (uP uN )
IR
IC0 T0
Re0
+Vcc R IB0+IB1
IB0 IB1 IE0 IE1
IC1
T1 Re1
U BE0 I E0 Re0 U BE1 I R E1 e1
uBE
IE Ise UT 得
U BE
UT
ln
IE IS
由于T0、T1为对管，所以
U BE0 U BE1
UT
ln
IE0 IS0
UT
1、镜像电流源
T0、T1 为对管，UBE0=UBE1=UBE，IB0= IB1= IB
+Vcc
0 = 1= 所以IC0 = IC1= IC= IB 。
IR R
IC1
2IB
镜像电流源, IC1为输出电流。
IC0 T0
T1 IB0 IB1
镜像电流源
基准电流
IR
VCC UBE R
IC 2IB
IC
2
解：
Aod 100dB Aod 105
当集成运放工作在线性区时，输出电压uO＝Aod uI； 当Aod uI超过±14V时，uO不是＋14V，就是－14V。
故 uI 10V , u0 10106 105 0.1V
uI 100V , u0 100106 105 1V
uI 1mV ,
3、微电流源
+Vcc
IR
IC0 T0
R IB0+IB1
IB0 IB1 IE1
IC1
T1 Re
当 >>1时，T1管集电极电流
IC1
I E1
U BE0 U BE1 Re
uBE Re
△UBE很小，只要几千欧的Re，就可得到微安级的IC1。
UBE0 UBE1 I R E1 e
uBE
I E Ise UT
U BE0 U BE1
UT
ln
IE0 IS0
UT
ln
I E1 IS0
UT
ln
IR I C1
I C1
UT Re
ln
IR I C1
IR
VCC
U BE0 R
4.2.2 改进型电流源电路(考虑β较小的情况)
1、加射极输出器的电流源
T0、T1和T2特性完全相同，因而 0= 1= 2= ，
+Vcc
而由于UBE0=UBE1，IB1= IB0= IB
IR
R
IC0 T0
IB2
T2
IE2
IB0 IB1
IC1 T1
IC1
IC0
IR
IB2
IR
IE2
1
IR
2I B1
1
IR
2IC1
(1 )
加射极输出 器的电流源
IC1 1
IR 2
IR
(1 )
若=10，则代入上式可得IC1≈0.982IR。说明即使 很小，