集成运算放大电路的应用设计(ppt)
合集下载
实验13-1集成运算放大器的应用电路设计
实验 13-1
集成运算放大器的 应用电路设计
（黑字的内容为提示，不要写在报告中）
预习报告
一、实验目的 1、了解集成运算放大器的特性及参数； 2、学会用运算放大器设计信号运算电路； 3、培养对集成运算放大器基本器件的综合设计、 应用和调试能力。 二、实验设备与仪器 （做实验时再填写） 三、设计要求 利用集成运算放大器的线性工作区实现信号的线性 运算。自拟表格验证其电路及参数的正确性。
实验结果报告
五、数据处理
1、详细写出设计过程； 2、绘制完整数据表格，整理实验数据； 3、进行理论计算，并与实验结果进行比较，给出相 应结论； 六、思考题 为什么在实验中运算放大器的输出电压不能超过8V？
实验记录及过程报告
四、实验任务与实验步骤 (1) 反相加法运算 uo=-(2.5u1+1.5u2) （自已设计表格13-1-1，记录测试数据） (2) 差分减法运算 uo=2.5u1-1.5u2 （自已设计表格13-1-2，记录测试数据） (3) 同相加法运算 uo=(2.5u1+1.5u2) （自已设计表格13-1-3，记录测试数据）
(1) uo=-(2.5u1+1.5u2) （参照教材p102图16.2.5自已设计电路，令RF=150k， 计算出R11、R12和R2的阻值） (2) uo=2.5u1-1.5u2 （参照教材p104图16.2.6自已设计电路, 令RF=150k, R3=，计算出R1和R2的阻值） (3) uo=(2.5u1+1.5u2) （参照下图自已设计电路，令RF=30k， RF R3=15k， 计算出R1和R4的阻值） R1
u1 u2 R3 R4
+
+
uo
说明：
1. 仔细阅读实验指导书，认真预习； 2. 每个运算电路只能用一个运算放大器来实现； 本次实验使用LM741集成运算放大器，电源电压为 12V，测试前需要调零； 3. 每个运算电路至少测三组实验数据来验证； 4. 要合理选择测试数据u1、u2，保证运算放大器的输出 电压uo不能超过8V； 5. 若计算得出的阻值不是标称值，则通过电阻串并联来 实现，或通过可调电阻(电阻电位器)来获得。
集成运算放大器的 应用电路设计
（黑字的内容为提示，不要写在报告中）
预习报告
一、实验目的 1、了解集成运算放大器的特性及参数； 2、学会用运算放大器设计信号运算电路； 3、培养对集成运算放大器基本器件的综合设计、 应用和调试能力。 二、实验设备与仪器 （做实验时再填写） 三、设计要求 利用集成运算放大器的线性工作区实现信号的线性 运算。自拟表格验证其电路及参数的正确性。
实验结果报告
五、数据处理
1、详细写出设计过程； 2、绘制完整数据表格，整理实验数据； 3、进行理论计算，并与实验结果进行比较，给出相 应结论； 六、思考题 为什么在实验中运算放大器的输出电压不能超过8V？
实验记录及过程报告
四、实验任务与实验步骤 (1) 反相加法运算 uo=-(2.5u1+1.5u2) （自已设计表格13-1-1，记录测试数据） (2) 差分减法运算 uo=2.5u1-1.5u2 （自已设计表格13-1-2，记录测试数据） (3) 同相加法运算 uo=(2.5u1+1.5u2) （自已设计表格13-1-3，记录测试数据）
(1) uo=-(2.5u1+1.5u2) （参照教材p102图16.2.5自已设计电路，令RF=150k， 计算出R11、R12和R2的阻值） (2) uo=2.5u1-1.5u2 （参照教材p104图16.2.6自已设计电路, 令RF=150k, R3=，计算出R1和R2的阻值） (3) uo=(2.5u1+1.5u2) （参照下图自已设计电路，令RF=30k， RF R3=15k， 计算出R1和R4的阻值） R1
u1 u2 R3 R4
+
+
uo
说明：
1. 仔细阅读实验指导书，认真预习； 2. 每个运算电路只能用一个运算放大器来实现； 本次实验使用LM741集成运算放大器，电源电压为 12V，测试前需要调零； 3. 每个运算电路至少测三组实验数据来验证； 4. 要合理选择测试数据u1、u2，保证运算放大器的输出 电压uo不能超过8V； 5. 若计算得出的阻值不是标称值，则通过电阻串并联来 实现，或通过可调电阻(电阻电位器)来获得。
《集成电路》课件
《集成电路》ppt课 件
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
xx年xx月xx日
• 集成电路概述 • 集成电路的制造工艺 • 集成电路的种类与特点 • 集成电路的发展趋势与挑战 • 集成电路的实际应用案例
目录
01
集成电路概述
集成电路的定义
集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能的微型电子部件。
它采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在 一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结 构。
超大规模集成电路（VLSI）
包含10万-100万个逻辑门或元件。
按结构分类的集成电路
单片集成电路
所有元件都在一个芯片上 。
多片集成电路
由多个芯片集成在一个封 装内。
模块化集成电路
由多个独立芯片通过线路 板连接而成。
按应用领域分类的集成电路
01
通信集成电路
用于通信设备中的信号处理和传输 。
消费电子集成电路
射频识别（RFID）技术的集成电路应用
总结词
射频识别技术是利用无线电波进行通信的一种非接触式识别技术，其集成电路应用主要涉及标签芯片和读写器芯 片。
详细描述
RFID标签芯片通常包含存储器、无线通信电路和天线等部分，用于存储和传输信息。而RFID读写器芯片则负责 与标签芯片进行通信，实现信息的读取和写入。RFID技术广泛应用于物流、供应链管理、身份识别等领域。
用于家电、数码产品等消费电子产 品中。
03
02
计算机集成电路
用于计算机硬件中的逻辑运算和数 据处理。
汽车电子集成电路
用于汽车控制系统和安全系统中。
04
集成运算放大器的线性应用基础.pptx
R3
=
R1 R2 R1 +49 R2
第50页/共54页
50
3. 有限的开环增益和带宽带导致的误差
Auf
(
j
)=
UO Ui
=
1+
1
- R2 / R1 ( 1 + R2 ) +
Auo
R1
j Auo H
1 + R2 / R1
第51页/共54页
51
4. 有限的压摆率带耒的误差
定义：压摆率SR
SR = duo (V / s )
的 运 算 ， 并 要 求 对 ui1 、 ui2 的 输 入 电 阻 均 大 于 等 于 100
k。
15
第16页/共54页
2. 同相相加器
uo
=
1 +
Rf R
R3 || R2 R1 + R3 || R2
ui1
+
R3 || R1 R2 + R3 || R1
ui2
R1 = R2
=
1
+
Rf R
R3 || R1 R1 + R3 || R1
21
第22页/共54页
22
第23页/共54页
23
2.3.5 微分器
uo
(t)
=
-RC
dui (t dt
)
利用积分器和相加器求解微分方程
d2uo (t dt 2
)
+
10
duo (t) dt
+
2uo
(t)
=
ui
(t)
duo (t) dt
=
ui
《集成电路应用》课件
集成电路的技术创新
新材料的应用
采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，提高 集成电路的性能和降低功耗。
制程技术的进步
不断缩小芯片制程尺寸，提高芯片性能和集成度 。
封装技术的创新
采用先进的封装技术，如晶圆级封装、3D封装等 ，提高集成效率和可靠性。
集成电路在未来的应用前景
人工智能
物联网
集成电路作为人工智能技术的硬件基础， 将广泛应用于人工智能芯片、边缘计算等 领域。
集成电路的工作流程
集成电路的工作流程主要包括输入信号 的处理、信号的传输、信号的处理和输 出信号的处理等步骤。
在输出信号处理阶段，集成电路将处理 后的信号转换回适合外部应用的信号， 并将其输出。
在信号处理阶段，集成电路对接收到的 信号进行必要的处理，如放大、运算、 比较等。
在输入信号处理阶段，集成电路接收外 部输入的信号，并将其转换为适合内部 处理的信号。
集成电路的应用领域
总结词
集成电路应用广泛，涉及通信、计算机、工业控制、消费电子、医疗电子等多个领域。
详细描述
集成电路应用广泛，涉及通信领域的手机、基站、路由器等；计算机领域的个人电脑、 服务器等；工业控制领域的智能仪表、工业控制系统等；消费电子领域的电视、音响、 游戏机等；医疗电子领域的医疗设备、远程诊疗系统等。集成电路作为现代电子系统的
感谢您的观看
医疗设备中的集成电路
医疗设备是现代医疗中不可或缺的重要工具， 而集成电路在医疗设备中扮演着关键角色。
医疗设备中的集成电路主要用于信号处理、控 制、监测等功能，如心电图机、监护仪、超声 波诊断仪等设备中都有集成电路的存在。
集成电路的应用使得医疗设备更加精准、可靠 ，提高了医疗诊断和治疗的水平，为人们的健 康提供了更好的保障。
实验：集成运算放大器应用(加减运算电路设计)
2021/3/10
讲解：XX
8
图6－3 同相比例放大器
2021/3/10
讲解：XX
9
3．加法器
电路如图6－4所示。当运算放大器开环 增益足够时，运算放大器的输人端为虚地， 三个输入电压可以彼此独立地通过自身的输 入回路电阻转换为电流，能精确地实现代数 相加运算。根据虚断和虚短的概念，有
Ui1 Ui2 Ui3 UO
UO 10Ui
2021/3/10
讲解：XX
14
图6－6 反相比例放大器
2021/3/10
讲解：XX
15
在该比例放大器的输人端加人下列电压值
测出放大器的输出电压值。
2021/3/10
讲解：XX
16
2 同相跟随器 实验电路按图6－7连接，使其满足下列
关系式：
在该放大器的输人端加人下列电压值,
2021/3/10
R1 R2 R3
RF
UOR RF 1Ui1R RF 2Ui2R RF 3Ui3
2021/3/10
讲解：XX
10
4 减法器
电路如图6－5所示。当运算放大器开环 增益足够大时，输出电压Uo为：
在电阻值严格匹配的情况下，电路具有 较高的共模抑制能力。
2021/3/10
讲解：XX
11
图6－5 减法器电路
2021/3/10
讲解：XX
22
4 设计加减法电路
（1）设计一个加法电路，使其满足下列关系式：。
①输入信号Ui1、Ui2都是频率为1kHz的正弦信号，幅度分 别为U1p-p＝100mV，U2p-p＝200mV，观测输出是否满足 设计要求。
②输入信号Ui1是频率为1kHz，幅度为U1p-p＝100mV的正 弦信号，Ui2是直流电压（＋0.5V），观测输出是否满足设 计要求（注意输入信号中有直流电压使输出信号中含有直流 分量后与输出为纯交流信号的不同）。
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
353-集成运算放大器应用
3. 输出保护
利用稳压管V1和V2接成反向串联电路。 若输出端出现过高电压，集成运放输出端 电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避 免了损坏。
正负电源 （CH1/CH2
串联模式）
输出额定值:0～30/0～3A:CH1～COM 0～30/0～3A:CH2～COM
-
COM
+
上限截止频率fH的测量：
• 输入f=1KHz，Ui=5mV的正弦信号，且输出波形不 失真时，用交流毫伏表测输出电压U0的值为Uom。 此后保持输入信号Ui=5mV不变，将信号频率由 1KHz向更高处调节，这时输出电压U0会随Ui频率 的增高而逐渐下降。直到U0下降到0.7Uom。这时 对应的信号频率就是被测放大器的上限截止频率 f H。
单位增益带宽
• 单位增益带宽定义为：运放的闭环增益为 1倍 条件下，将一个恒幅正弦小信号输入到运放的 输入端，从运放的输出端测得闭环电压增益下 降3db（或是相当于运放输入信号的0.707）所 对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要 的指标，对于正弦小信号放大时，单位增益带 宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的 乘积，换句话说，就是当知道要处理的信号频 率和信号需要的增益后，可以计算出单位增益 带宽，用以选择合适的运放。这用于小信号处 理中运放选型。
R R f f U= ( U+ U) 0 i 1 i 2 R R 1 2
电路中R1、R2、Rf、R′的选择同反相比例运算电路。
4、差动比例运算电路
当R1=R2=R、R3=R4=Rf时
R f U= (U U 0 i2i1) R
5、积分运算电路
• 积分电路可以完成对输入电压的积分运算，即其输出电压与输入电压的 积分成正比。 • 反向积分电路电容器C引入交流并联电压负反馈，运放工作在线性区。 • 由于积分运算是对瞬时值而言的，所以各电流、电压均采用瞬时值符号
- 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)。
表-2
ui1(V)
0.5
-1
ui2(V)
0.5
0.5
u0(V)测量值 u0(V)理论值
2.验证运算关系：(Vo= 3Vi1- 2Vi2）
Vi1
Vi2
理论Vopp 实测Vopp
2Vpp 1Vpp
1Vpp 2Vpp
输入、输出波形
两输入信号对调
２、研究变化关系 把减法电路变成比例放大电路，（把其中一个输入端接地）。
设计题二提示
（1）该题对放大倍数的要求较高，由于反相输入 放大电路的放大倍数一般在0.1～100之间，同相输 入放大电路在1～100之间，为了达到放大倍数的要 求，该电路至少由两级放大电路组成。
（2）在选择集成运算放大器时，第一级是小信号 放大，考虑满足其频带宽度即可，第二级输入信号 幅度较大，除考虑其频带宽度外，还要考虑其转换 速率。
设计任务1
1．设计题一 用集成运算放大器设计一电路,实现vo=3vi1-2vi2
（vi1、2vi2是交流信号）的运算功能。 指标要求: Rif≥100kΩ。
设计任务2
2．设计题二： 用集成运算放大器设计一交流放大电路。在负
载RL=2kΩ的条件下，满足以下指标要求： （1）Av=1000； （2）输入电阻Ri≥20KΩ； （3）工作频率50Hz～10kHz。
静态工作点测试 单级动态功能测试 整机动态功能测试
整机性能测试 电路微调与电路确定
设计题一提示
（1）由于输入信号是交流信号，所以给运放集成电路的供 电方式采用单、双电源供电均可。当采用单电源供电时，输 入、输出端都必须加隔直电容，并注意直流偏置电路的设 计；当采用双电源供电时，同相输入端必须接阻值合适的电 阻到地，以获得运放同相输入端和反相输入端静态平衡。
单电源供电模式
双电源供电模式
设计题一提示
（2）电路形式可采用单运放的差动输入减法电路或 双运放的反相求和电路。 （3）vi1和vi2是同频同相的两个输入信号，可由分 压电路获得。例如：
分压电路
设计任务1
1．设计题一 用集成运算放大器设计一电路,实现vo=3vi1-2vi2
（vi1、2vi2是交流信号）的运算功能。 指标要求: Rif≥100kΩ。
Vi1
Vi2
理论Vopp 实测Vopp
741的内部管脚图
管脚排布
1 空载 2 反相输入端 3 同相输入端 4 -15V 5 空载 6 输出 7 +15V 不要接反！ 8 空载
连接：先用连线引出至接线孔，再插电阻。
输入信号ui的获得：
直流信号分别从实验箱左下部的两个可调的直流信号源 获得。注意调节信号大小时要接上运放并反复调节至两 个信号均为要求的值，再测输出信号。
交流信号从函数信号发生器获得，注意函数信号发生器 输出的是峰峰值，为有效值的2.828倍，为幅值的2倍。
信
接±15V直流电源 uA741
在没有元器件的位置插电阻
IC座
电阻的测量
测量电阻时,可用万用表的欧姆档 进行测量
将万用表的两指针接在电阻两端,直接读取示数. 若示数为00.00,并不断跳到,即电阻阻值超过量程, 应选用更大量程测量
函数发生器的使用
用信号发生器
正弦
产生2V的正弦
信号
信号
用信号发生器
产生1000HZ,
输出
的正弦信号
信号
ui
uo1
uo2
AU=UO2/UI
实验内容
1. 运放在静态情况下，测出LM324 VO、V+、V- 的直流电压。
令Vi1=Vi2=0, 即无交流输
入
V-
V+ V- Vo
VO
或
V+
3.反相加法运算电路
电路方案设计
1、阅读LM324或741的技术资料，熟悉其基 本应用电路； 2、确定使用多少级放大电路及其放大类型， 绘制原理框图。 3、单元电路设计，参数计算和元件选择。先 设计直流部分（包括偏置电路的设计），再 设计交流部分（包括输入电阻和反馈支路的 设计等）。
实验指南
分析条件与需求 确定电路形式与参数
100kΩ
反相加法运算电路设计要求
uo=-(2ui1+5ui2 ) 反馈电阻Rf为100千欧
其输入输出关系为:
uo=(ui1Rf/R1+ui2Rf/R2) uRi' Rf //R1//R2
——画出相应电路图,标注元件参数 ——输入ui测量uo 完成－测量内容 表-2
反相加法运算电路测量内容： uo= -(2ui1+5ui2 )
实验十:集成运算放大电路的应用设计
《模拟电路单元及系统实验》
集成运算放大电路 的应用设计(ppt)
华南理工大学电工电子教学实验中心 制作
实验目的
• 加深对集成运算放大器的工作原理和基本特性的 理解。
• 熟悉集成运算放大器在模拟运算方面的应用。 • 掌握集成运算电路的设计方法和调试技巧，学习
电路故障的排除方法。
１．电源 关 Vcc Vopp 系 6
２．频率
f
Vopp 系
300
9
10K
1K
12
50K
∞
输入端接地