集成运算放大器分析及反相比例运算电路_叶旭飞
反相和同相比例运算电路
积件 4-1-3-1：同相、反相运算放大的仿真研究
2．同相比例运算电路 （1）电路组成
实物图片如图所示（暂缺）
图4-8 同相比例运算电路
输入信号ui通过R2馈送到集成运放的同相输入端，输出信号uo经Rf反馈 至反相输入端。
（2）电压增益 1）仿真测试：输入信号= ，输出信号= ，
计算： Au uO / uI
积件 4-1-3-1：同相、反相运算放大的仿真研究
• 作业： 1、画出运算放大器的两种基本放大电路，并
写出它们的输出-输入关系。 2、如下图所示的两个电路是否具有相同的电
压放大倍数运算放大的仿真研究
一、集成运放的线性应用
（一）反相和同相比例运算电路
1．反相比例运算电路
（1）绘制仿真反相比例运算电路
电路组成
实物图片如图所示（暂缺）
图4-7 反相比例运算电路
输入信号通过送到集成运放的反相输入端，输出信号经反馈至反相输入 端，同相端接地。
积件 4-1-3-1：同相、反相运算放大的仿真研究
2）推断输入输出关系： Au uO / uI 1 Rf / R1
积件 4-1-3-1：同相、反相运算放大的仿真研究
（3）结论 电压增益Au为正值，输出电压uo与ui输入同相，故称为同相比例 运算电路。 若取Rf= 0，则有Au= 1，uo=ui，则电路成为电压跟随器。
（图4-9 电压跟随器
（2）电压增益 1）仿真测试：输入信号= ，输出信号= ，
计算： Au uO / uI
2）推断输入输出关系：
Au uO / uI (iF Rf )/(iI RI ) Rf / RI
（3）结论 电压增益Au为负值，uo与ui反相，故称为反相比例运算电路。 Au的大小仅与R1和Rf有关，选取阻值稳定、精度高的电阻R1和Rf，是提 高电压增益精度的重要途径。 若取R1=Rf，则Au=1，即uo=-ui，则电路成为反相器。
实验五 集成运算放大器的基本运算电路(2)
实验五 集成运算放大器的基本运算电路一、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2、正确理解运算电路中各组件参数之间的关系和“虚短”、“虚断”、“虚地”的概念。
二、设计要求1、设计反相比例运算电路，要求|A uf |=10，R i ≥10K Ω，确定外接电阻组件的值。
2、设计同相比例运算电路，要求|A uf |=11，确定外接电阻组件值。
3、设计加法运算电路，满足U 0=-（10U i1+5U i2）的运算关系。
4、设计差动放大电路（减法器），要求差模增益为10，R i >40K Ω。
5、应用Multisim8进行仿真，然后在实验设备上实现。
三、实验原理1、理想运算放大器特性集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的元器件组成负反馈电路时，可以实现比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。
理想运放，是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。
开环电压增益 A ud =∞ 输入阻抗 r i =∞ 输出阻抗 r o =0 带宽f BW =∞失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性： (1)输出电压U O 与输入电压之间满足关系式U O ＝A ud （U +－U －）由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。
即U +≈U －，称为“虚短”。
(2)由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”。
这说明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。
2、基本运算电路 (1)反相比例运算电路电路如图2.5.1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R 2＝R 1//R F 。
图2.5.1反相比例运算电路图2.5.2反相加法运算电路(2) 反相加法电路i 1F O U R R U -=电路如图2.5.2所示，输出电压与输入电压之间的关系为)U R RU R R (U i22F i11F O +-=R 3＝R 1//R 2//R F (3)同相比例运算电路图2.5.3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为i 1FO )U R R (1U +=R 2＝R 1//R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图2.5.3(b)所示的电压跟随器。
3.4集成运算放大器的分析方法及其基本运算电路-第六章信(精)
二、集成运放的传输特性
理想 UOM 线 性 O 区 实际
uo
uid
–UOM
2. 工作在线性区的集成运放
闭 环 有负反馈
虚短和虚断
(1) u+ u–(虚短) (2) i+ i– 0 (虚断)
证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid
u+ – u– = uo/Aud 0 证：i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0
[解 ] (1)
uO1
1 uI dt uC ( t 0 ) RC t0
t1
uO uO1 uI
(2)
uI uO t1 uI 0 RC
t1 RC 1 106 10 106 F 10s
课堂练习
U O1 1 V
30 U O2 2 3 V 20
三、积分与微分电路
1. 积分电路 (1) 基本积分电路
UI
O
uI
O
uO
t0
t1
t t
– UI – UOM
当 uI 为阶跃信号时：
duo uI iI = iC C dt R t 1 uI dt uC uo RC t
0
uI t uI t uC t 0 uo RC
二、加减运算电路
1. 加法电路
iF i1 + i2
uO uI1 uI2 Rf R1 R2
R3 = R1 // R2 // Rf
uI1 uI2 uO Rf ( ) R1 R2
若 Rf = R1= R2 则 uO = (uI1+ uI2)
集成运放的反相放大器设计 实验报告
集成运放的反相放大器设计实验报告
实验目的
本实验旨在通过设计和搭建反相放大器电路，验证反相放大器的基本原理，并掌握集成运放的使用方法。
实验器材和元件
- 集成运放
- 电阻
- 二极管
- 电源
实验步骤
1. 按照电路图搭建反相放大器电路。
2. 调节电源，使其提供适当的电压。
3. 测量输入信号的幅度。
4. 测量输出信号的幅度。
5. 记录并分析实验数据。
实验结果
我们测量了不同输入信号幅度下的输出信号幅度，并绘制了输
出电压与输入电压之间的关系曲线。
实验结果表明，输出信号与输
入信号成反向放大的关系，符合反相放大器的设计要求。
结论
通过这个实验，我们验证了反相放大器的基本原理，并学会了
如何搭建和使用集成运放。
反相放大器是一种常用的电路，可以实
现信号放大和反向输出，具有广泛的应用领域。
总结
本实验通过设计和搭建反相放大器电路，让我们加深了对反相
放大器原理的理解，并掌握了集成运放的使用方法。
在实验过程中，我们遵循了实验步骤，并记录了实验结果。
这个实验对我们进一步
研究电子电路设计和应用有很大帮助。
参考文献
- 实验手册
- 电子电路教材。
集成运算放大器
第7章 集成运算放大器教学提示：本章首先介绍基本运算放大电路的构成、特点及分析方法；然后重点讨论了集成运算放大电路在基本运算、信号测量、信号处理和波形产生方面的应用；最后介绍了有关集成运放在使用时需注意的问题。
教学要求：通过本章学习，应能掌握集成运算放大电路的主要特点及基本分析和计算方法，并对集成运算放大电路在使用时需注意的问题有一定的了解。
7.1 集成运放简介运算放大器(简称运放)是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。
早期的运放是由分立器件(晶体管和电阻等)构成的，其价格昂贵，体积也很大。
在20世纪60年代中期，第一块集成运算放大器问世，其是将相当多的晶体管和电阻集中在一块硅片上而成的。
它的出现标志着电子电路设计进入了一个新时代。
由于集成运算放大器具有十分理想的特性，它不但可以作为基本运算单元完成加减、乘除、微分、积分等数学运算。
还在信号处理及产生等方面都有广泛的应用。
电子工程师们在电子电路设计时需要应用大量的集成运算放大器，这使得各种高性能、低价格的运放应运而生。
7.1.1 运算放大器的端子从处理信号的观点出发，运算放大器有三个端子，即反相输入端(用符号“-”表示)、同相输入端(用符号“+”表示)和输出端，如图7.1所示。
考虑到放大器要有直流电源才能工作，大多数集成运放需要两个直流电源供电，如图7.2所示。
图7.2中7，4两个端子由运放内部引出，分别连接到正电源+CC U 和负电源-EE U 。
运放的参考地点就是两个电源公共端——地。
图7.1 理想运算放大器 图7.2 理想运放的供电方式第7章 集成运算放大器 ·145··145·除了三个信号端和两个电源供给端以外，运算放大器还可能有几个供专门用途的其他端子，如频率补偿端和调零端等，这些端子的功能请读者自行分析。
7.1.2 理想运算放大器为了建立运算放大器的基本概念，下面先来介绍理想运算放大器。
集成运算放大电路分析
第12章集成运算放大器及基本运算电路解读
解法二：第一级 由“虚短”
+ ∞
A1+ R3 R2 R2
∞
ua = ui1；ub = ui2；
R4
∞
i =（ua - ub）/ R1 =（ui1 - ui2）/ R1
+
uo1
-
uo2 R3
+
A2 +
uo -
uo1 – uo2 = i（R2+ R1 + R2） =（ui1 - ui2）/ R1（R1 +2 R2） =（ui1 - ui2）（1+2 R2/ R1）
再由 uN=uP uo〔R1 /（R1+Rf）〕 = ui〔R3 /（R2+R3）〕 ∴uo = 〔（R1+Rf）/ R1〕 〔R3 /（R2+R3）〕ui
即: uo = （1+ Rf / R1）uP 是同相输入电路的一般表达形式
二、加法运算
1. 反相输入：
+ ui1 ui2
+ -
R1
i1 if
Rf
0.02uF R ui
∞ + +
Ui/v +10 uo Uo/v 0 -10 +10 0 -10 1 2 3 4 5 6 7 (c) t/ms 1 3 5 (b) 7 t/ms
50
(a)
说明：t = 0～1ms ui＞0 则uo从0线性负向增长； uo（t =3ms）= - 1 / RC（∫ui dt）+ uo（t =1ms） = - 1 / 50×103×0.02×10-6（∫（-10）dt） = 10 v 而t =1～3ms ui＜0 则uo从-10v正向增长 → 见图
uo为各输入电压按比例相加， 负号说明uo与ui1 、ui2相位相反。
3.2.1 集成运算放大器的线性运算电路_电子技术_[共3页]
集成电路与集成运算放大器 60 第3章 3.2.1 集成运算放大器的线性运算电路集成运放外加深度负反馈可构成各种运算电路，例如比例运算、加减法运算和微积分运算等。
此时运放工作在线性区，可用“虚短”、“虚断”和“虚地”的概念进行分析。
1．反相比例运算电路图3-2-1所示为反相比例运算电路，输入信号u i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，反馈电阻R F 接在输出端和反相输入端之间，构成电压并联负反馈。
R 2=R 1//R F 为直流平衡电阻，其作用是保证当u i 为零时，u o 也为零，从而消除输入偏置电流以及温漂对放大电路的影响。
因i +=i −≈0，u +≈u −，可得A 点的电位为u A ≈u +≈0，并称A 点为“虚地”，它是反相比例运算电路的重要特征。
根据“虚断”的概念，可得i 1≈i f 又因为i 11u i R =， o o f F F u u u i R R −−==− 所以 i 1u R o Fu R =− 即 o u =F i 1R u R − （3-4） uf A =F 1R R −（3-5） 式（3-4）表明，输出电压与输入电压成比例关系，式中负号表示二者相位相反。
同时，u o 与u i 的关系仅取决于外部元件R 1和R F 的阻值，而与运放本身参数无关。
这样，只要R 1和R F 的精度和稳定性达到要求，就可以保证比例运算的精度和稳定性。
当R 1=R F =R 时，o u =F i 1R u R −i u =−，即输出电压与输入电压大小相等、相位相反，图3-2-1所对应的电路则称为反相器。
反相比例运算放大器的输入、输出电阻分别为if r =i 11u R i ≈，r of ≈0。
2．同相比例运算电路图3-2-2所示为同相比例运算电路，输入信号u i 通过电阻R 2加到集成运放的同相输入端，反馈电阻R F 接在输出端和反相输入端之间，构成电压串联负反馈。
R 2为直流平衡电阻，满足R 2=R 1//R F 的关系。
实验三集成运放的反相,同相比例运算北华航天工业学院
实验三—集成运算放大器反相、同相输入比例运算功能一、实验目的集成运算放大器是一种具有高增益、直接耦合的多级放大电路，它一般有两个输入端（同相端和反相端）和一个输出端。
在实际应用当中，集成运放可以利用其线性区特性实现信号放大的作用。
同时，由于实际运放很接近理想运放。
所以，它也可以借助反馈结构，利用理想运放线性区“虚短”、“虚断”的特性，来实现很多不同的电路功能。
虚短：u+=u-；虚断：i+=i-=0实验目的是通过实验的方法测量指定电路的输入信号u+ 、u-和输出信号u o，以实验结果对照理论分析，加深对集成运放反相、同相输入比例运算的理解。
二、实验原理(1)判断集成运算放大器是否损坏运算放大器接反相输入端和输出端用一根导线相连，此时为电压跟随器。
举例：输入一个1V电压，若输出端电压约等于输入端电压相同,即运放未损坏。
（2）集成运放反相输入比例运算根据下图所示电路，在实验台上搭建电路，并完成以下数据的测量。
当在反相输入端，输入两组不同的电压信号（建议0.5-0.8 V左右），使用万用表测量输出端的电压，是否接近理论计算的电压值。
集成运放反相输入比例运算中，当运放工作在线性区时，输入和输出端的关系为：内容项目u I u o/理论值u o/实测值u I和u o的相位关系第一组第二组（3）集成运放同相输入比例运算根据下图所示电路，在实验台上搭建电路，并完成以下数据的测量。
当在同相输入端输入电压信号，可自行设定为0.5-0.8 V左右。
使用万用表测量输出端的电压，是否接近理论计算的电压值。
当此电路中，R F从100KΩ减小到10KΩ，测量输出端的电压值。
集成运放同相输入比例运算中，当运放工作在线性区时，输入和输出端的关系为：内容项目u I2u o/理论值u o/实测值u I2和u o的相位关系第一组（R F=100KΩ）第二组（R F=100KΩ）第三组（R F=10KΩ）三、实验报告要求1．整理实验数据，分析实验结果，分析实验与理论误差可能产生的原因，写出实验报告。
集成运算放大器电路分析及应用(完整电子教案)
集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案）3.1 集成运算放大器认识与基本应用在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317实现电路电压检测，并通过三极管开关电路实现电路的控制。
首先来看下集成运算放大器的工作原理。
【项目任务】测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。
R115kΩR315kΩR410kΩV2 4 VXFG11VCC5V U1ALM358AD 32481VCC35240R115kΩR215kΩR315kΩR410kΩV24 VXFG11VCC5V U1ALM358AD 32481VCC3524函数信号发生器函数信号发生器(a)无反馈电阻 (b)有反馈电阻 图3.1集成运算符放大器LM358测试电路(multisim)【信息单】集成运放的实物如图3.2 所示。
图3.2 集成运算放大1.集成运放的组成及其符号各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3所示。
输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。
图3.3集成运算放大电路的结构组成集成运放的图形和文字符号如图 3.4 所示。
图3.4 集成运放的图形和文字符号其中“-”称为反相输入端，即当信号在该端进入时， 输出相位与输入相位相反； 而“+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。
2.集成运放的基本技术指标 集成运放的基本技术指标如下。
⑴输入失调电压 U OS实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。
规定在室温(25℃)及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS ，U OS 越小越好，一般约为 0.5～5mV 。