模电运算放大器
模电第六章知识点总结
模电第六章知识点总结一、运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）1. 运算放大器的基本概念：运算放大器是一种主要用于进行信号放大、滤波、比较、积分等运算的集成电路。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗、大增益、高共模抑制比和宽带宽等特点。
2. 运算放大器的基本结构：运算放大器通常由一个差分放大器和一个输出级组成。
差分放大器提供了高增益和高输入阻抗，而输出级则提供了低输出阻抗和大功率放大。
3. 运算放大器的理想特性：理想的运算放大器具有无穷大的输入阻抗、零的输入偏置电压、无穷大的增益、无限带宽和零的输出阻抗。
4. 运算放大器的实际特性：实际的运算放大器会受到限制，例如有限的共模抑制比、有限的带宽、输入偏置电压和温度漂移等。
5. 运算放大器的虚短片段模型：运算放大器可以用虚短片段模型来进行分析，其中将输入端和输出端分别连接到地和反馈节点，其他端口则可以忽略。
6. 运算放大器的常见应用：运算放大器常用于反馈放大电路、比较器电路、积分电路、微分电路、滤波电路等。
7. 运算放大器的反馈模式：运算放大器的反馈模式主要包括正反馈和负反馈。
负反馈可以稳定放大器的增益和频率特性，而正反馈则会增加放大器的增益和非线性失真。
二、电压比较器1. 电压比较器的基本概念：电压比较器是一种将两个电压进行比较，并输出相应逻辑电平的集成电路。
它通常具有高增益、快速响应和高输出驱动能力等特点。
2. 电压比较器的工作原理：电压比较器通过将两个输入电压进行比较，当一个电压高于另一个电压时，输出为高电平；反之则为低电平。
3. 电压比较器的应用：电压比较器广泛应用于电压检测、开关控制、信号处理、电压测量和触发器等领域。
总结：模电第六章主要介绍了运算放大器和电压比较器的基本概念、工作原理、特性和应用。
掌握这些知识点，可以为我们设计和分析各种电路提供基础。
同时，对于提高我们的工程能力和电子技术水平也是非常有用的。
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。
模电基础知识总结
模电基础知识总结模拟电子技术（模电）是电子工程的重要基础学科，它研究的是电子元件与电路的工作原理和运行规律。
掌握模电的基础知识对于电子工程师来说至关重要。
本文将对模电的基础知识进行总结，希望能给读者提供一些帮助。
一、电路基础知识在学习模电之前，我们首先需要掌握一些电路的基础知识。
电路是电子工程中最基本的组成单元，它由电源、电阻、电容、电感等元件组成。
在电路中，电流和电压是重要的物理量。
电流表示电子在电路中的流动情况，而电压表示电子在电路中的能量转换。
二、放大器放大器是模电中一类重要的电子元件。
放大器的作用是将输入信号放大，以便输出信号具有较高的幅度。
常见的放大器有三种基本类型：电压放大器、电流放大器和功率放大器。
放大器有许多重要的性能指标，如增益、输入电阻、输出电阻等。
学习模电的过程中，我们需要熟悉这些性能指标的定义和计算方法。
三、滤波器滤波器是模电中用于剔除或改变信号中某些频率分量的电路。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
在实际应用中，我们经常需要使用滤波器来对信号进行处理。
了解滤波器的原理和性能对于电路设计至关重要。
四、振荡器振荡器是一种能够产生连续波形信号的电路。
在模电中有两种常见的振荡器：正弦波振荡器和方波振荡器。
振荡器的核心是一个反馈回路，该回路会使得输入信号被放大，并且以振荡的形式反馈给输入端。
振荡器在通信系统、计算机等领域有广泛的应用，掌握振荡器的原理和设计方法是模电学习的重要内容。
五、运算放大器运算放大器（Operational Amplifier）是模电中一种重要的集成电路。
它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，在模拟电路中有广泛的应用。
运算放大器可以用于各种电路设计，如放大器、积分器、微分器和比较器等。
学习运算放大器的工作原理和应用是模电学习的核心内容。
六、模电实验模电实验是巩固和应用所学知识的重要环节。
通过实验，我们可以观察电路的实际运行情况，提高动手实践的能力。
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02章 运算放大器(康华光)
vp
vn
- ri ro + &#传输特性(vo~vi关系) 例如反相比例器：
vo
+Vom
传输特性
vo
Rf R1
vi
-vim
－Vom
vim
vi
vo 变化范围：
－ Vom
~ + Vom
线性工作区
当vo = Vom时： vim = - +Vom R1/Rf 可见：加入负反馈(闭环使用时)使线性工作区变宽。
vn
in
ro
ri +
vp ip +
vo
- A(vp-vn)
可见： 当vp-vn> 0 时, vo=+Vom 运放工作在正向饱和区 当vp-vn<0时, vo=-Vom 运放工作在反向饱和区
∵实际运算放大器≈理想运算放大器 ∴分析实际运算放大器≈分析理想运算放大器
(5-11)
五.含理想运算放大器电路的分析依据
RL
+ vo -
2.指标计算 虚地 (1)电压增益 “虚短”: vn≈vp ＝0 “虚断”: ip＝in≈0 ∴i1 ＝ i2+in≈ i2
1.结构特点 负反馈引到反相输入端, 信号从反相端输入。
v i v n v n vo R1 R2 v i vo R1 R2
vo R2 Av vi R1
当(vp- vn)<0时, vo=-Vom ——负饱和值
饱和值Vom的绝对值略低于正负电源的绝对值。
(5-13)
§2.3 §2.4 线性运放电路
运放外部接若干元件(R、C 等)，即可组成多种线 性运放电路。线性运放电路工作在闭环状态。
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
【东南大学模电实验】实验七运算放大器及应用电路
实验七运算放大器及应用电路实验目的：1.认识运放的基本特性，通过仿真测试了解运放的基本参数，学会根据实际情况选择运放2.了解由运放构成的基本电路，并掌握分析方法。
实验内容：一、仿真实验。
1.运放基本参数电压传输特性如图，用DC Sweep给出LM358P线性工作区输入电压范围，根据线性区特性估算该运放的直流电压增益A vd0.DC Sweep仿真结果：A vd0=V(3)/V3=dy/dx=99.599k将扫描电压范围设为-500μV~500μV，当斜率为99.5987k时，测得线性工作区输入电压范围为-14.369V~12.9402V。
思考：A.当输入差模电压为0时，输出电压为多少？若要求输出电压为0，如何施加输入信号？为什么？输入差模电压为0时，输出电压为-3.3536V。
若要求输出电压为0，应将输入电压V3置为33.604μV。
B.观察运放输出电压的最高和最低电压，结合LM358P内部原理图所示电路分析该仿真结果的合理性。
最低电压：-14.369V，最高电压：12.9402V。
最低电压的绝对值大于最高电压的绝对值。
IN+可对OUT下边的PNP管射级电流造成影响。
IN+在很小的正电位时，输出为0，这导致了最低电压的绝对值大于最高电压的绝对值。
输入失调电压根据下图所示电路，仿真得到LM358P的输入失调电压V IO。
R1=1kΩ，R2=10Ω，进行直流工作点仿真，并完成表1R1=10kΩ，R2=100Ω，进行直流工作点仿真，并完成表2R1=100kΩ，R2=1kΩ，进行直流工作点仿真，并完成表3表1V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -3416.60 -33.6312 0 33.6312 -34.16687表2V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -3596.2 -33.6325 0 33.6325 -35.962表3V3(μV) V4(μV) V5(μV) V5-V4(μV) -V3/(-R1/R2)(μV) -5388.47 -33.6148 0 33.6148 -53.8847根据上述仿真结果，给出运放的输入失调电压V IO。
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_
+ +
uo
•虚短路 •虚开路
u u
Ii 0
•放大倍数与负载无关，
可以分开分析。
运放线
信号的放大、运算
性应用
有源滤波电路
9
§2 信号的运算电路
2.1 比例运算电路
作用：将信号按比例放大。
类型：同相比例放大和反相比例放大。
方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关，与输入电压和外围网 络有关。
ui1
R21 R21 R22
ui 2
uo
(1
RF R1
)( R12 R11 R12
ui1
R11 R11 R12
ui2 )
注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能
单独调整。
21
R1 RF
-
ui1
R21
+ +
ui2 R22
R´
左图也是同相求和运算 电路，如何求同相输入 uo 端的电位？
27
单运放的加减运算电路
uo
R5 (
ui1 R1
ui2 R2
ui3 R3
ui4 R4
)
优点：元件少，成本低。 缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不
方便。 改进：采用双运放电路。
28
四、双运放的加减运算电路
ui1 R1
RF1
uo1
RF
1
(
ui1 R1
Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之 间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。 3
电压传输特性
电路模型
4
二、理想运算放大器
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻 高，输出电阻小，在分析时常将其理想化， 称其所谓的理想运放。
理想运放的条件 运放工作在线性区的特点
Ao
ri
uo Ao( u u ) 虚短路
Ii 0 虚开路
u u
ro 0
放大倍数与负载无关。分析多 个运放级联组合的线性电路时 可以分别对每个运放进行。 5
理想运放的电压传输特性和电路模型
6
运放的输入方式
7
三、线性工作条件
负反馈的作用：
8
分析运放组成的线性电路的出发点
Ii u+ u–
R1
R2
解出：
uo
R2 R1
(ui 2
ui1)
25
例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
解: (1) 画电路。
系数为负的信 号从反相端输 入，系数为正 的信号从同相 端输入。
ui3 R3
RF
ui2 R2
-
uo + +
ui1
R1
R4
26
)u
]
R5 (
ui1 R1
ui2 R2
ui3 R3
ui4 R4
)
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
24
单运放的加减运算电路的特例：差动放大器
ui1 R1
ui2 R1
R2
_ +
+
R2
u u
uo u u ui1
uo
R2
R1
ui2 u u
运算放大器
——有源、多动能、集成电路
1
§1 基本知识
运 放 的 电 路 符 号
ui
_ Ao uo +
+
2
一、运放的开环电压传输特性
_ Ao uo
ui
+
+
uo +UOM ui
UOM uomax EC
-UOM
例：若UOM=12V，Ao=106，
则|ui|<12V时，运放
处于线性区。
线性放大区
18
R11 ui1
i11
ui2
R12
i12
iF
R2
_ +
+
RP
u u 0
i11 i12 iF
uo
uo
(
R2 R11
ui1
R2 R12
ui2 )
调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影 响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。
19
二、同相加法器
R1
RF
ui1
-
R21
t
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请
自己计算。
35
应用举例3：微分方程模拟求解
36
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，将在后面介绍
提示： 1. 虚开路：流入同相端的
电流为0。 2. 节点电位法求u+。
22
三、单运放的加减运算电路
R1
R5
ui1
ui2
R2
R3 ui3
_
uo
+
+
ui4
R4
R6 R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，
以适应不同的需要。
23
R1 ui1
16
2.2 加减运算电路
作用：将若干个输入信号之和或之差按比 例放大。
类型：同相求和和反相求和。 方法：可用虚短、虚断的概念来分析，也可
用叠加定理
17
一、反相加法器
R11 ui1
ui2
R12
R2
_
uo
+
+
RP R11 // R12 // RF RP
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
10
一、反相比例运算电路
i2
R2
1. 放大倍数
虚开路
u u 0
i1 ui
R1
RP
_
+ +
uo i1= i2
虚短路 虚开路
ui uo
R1
R2
结构特点：负反馈引到反相输 入端，信号从反相端输入。
Au
uo u1
R2 R11 1
i2
R2
i1 ui
R1
RP
_
+ +
平衡电阻，使输入端对地 的静态电阻相等，保证静 态时输入级的对称性。
uo
ui
应用举例1：
0
输入方波，输出是三角波。
uo
uo
1 RC
uidt
t
0
t
34
应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，
输出将反向积分，经过一定的时间后输出
饱和。
ui
uo
1 RC
t
Udt
0
U
0
t
U om
1 RC UTM
uo
TM
积分时限
TM
RCUom U
0
-Uom
(2) 求各电阻值。
ui3
R3
RF
ui2 R2
-
uo + +
ui1
R1
R4
uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3
R1 // R2 // R4 R3 // RF
uo
RF
(
ui1 R1
ui2 R2
ui3 ) R3
RF 240k
R1 24k R2 30k R3 12k R4 80k
(ui 2
ui1)
32
2.3 微分运算电路与积分运算电路
一、微分运算
iF R
i1 C ui
R2
–
+
+
u–= u+= 0
uo
抗干扰差
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
33
二、积分运算
iF C
i1 ui
R
R2
-
+
+
i1
ui R
iF
C
duo dt
ui2
R2
R3 ui3
ui4
R4
R5
_ +
+ R6
虚开路
u
(R3
//
R4
//
R6
)(
ui3 R3
ui4 R4
)
uo u u
虚短路
ui1 u ui2 u uo u
R1
R2
R5
虚开路
uo
R5[
ui1 R1
ui 2 R2
( 1 R1
1 R1
1 R1
R
RW
uo2 uo2 uo1
2R RW RW
(ui 2
ui1)
31