实验报告
实验名称集成运放基本运算电路的分析与设计
课程名称模电实验
院系部：控计专业班级：
学生姓名：学号：
同组人：实验台号：
指导老师：成绩：
实验日期：
华北电力大学
一、实验目的和要求
1．掌握使用集成运算放大器构成反相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路、反相输入求和运算电路、减法运算电路的方法。
2．进一步熟悉该基本运算电路的输出与输入之间的关系。
二、实验设备
1．模拟实验箱
2．数字万用表
3．运算放大器LM324
4．10K、20K、100K的电阻若干
5．模拟实验箱上有滑动变阻器可供同学使用
三、实验原理
实际运放具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输出阻抗、可靠性高的特点，可视为理想器件。运放的理想参数：
1．开环电压增益A vd=∞
2．输入电阻R id=∞，R ic=∞3．输出电阻R o=0
4．开环带宽BW=∞
5．共模抑制比KCMR=∞6．失调电压、电流V io=0、I io=0
根据分析时理想运放的条件，得出两个重要结论：
虚短路：V+=V-虚开路：I i=0
下图为反相比例运算放大器与同相比例运算放大器。
四、实验方法与步骤：
1.反向输入比例运算
按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U i，测量对应的输出信号U O的值，算出A u，将实验值与理论值相比较，分析误差产生的原因。
2.同向输入比例运算
参照反相输入比例运算的电路，设计比例系数为6的同相比例运算电路，设计出相应的电路图及表格，得到四组数据。并将测量值与设计要求进行比较。
输入电压不能过大，要保证运放工作在线性区。
3.反向输入比例求和运算
按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U i，测量对应的输出信号U O的值，算出A u，将实验值与理论值相比较，分析误差产生的原因。
4.减法运算
参照反相输入求和运算的电路，设计比例系数为5的减法运算电路，设计出减法运算的电路图及相应的表格，得到四组数据。然后将测量值与设计要求进行比较。
输入电压不能过大从而保证运放工作在线性区。
五、实验结果与数据处理
反向输入比例运算
U i(V) 0.5 1.0 -0.5 -1.0
U o(V) -2.476 -5.035 2.521 5.050
A u实验值-4.96 -5.031 -5.11 -5.07
A u计算值-5 -5 -5 -5
同向输入比例运算
自行设计的电路图
自行设计的表格
U i (V) 0.5 1.0 -0.5 -1.0
U o(V) 3.042 6.060 -3.030 -6.092
A u实验值 6.073 6.061 -6.031 -6.43
A u计算值 6 6 6 6
反向输入求和运算
U i1(V) 0.5 -0.5 0.5 -0.5
U i2(V) 1 1 -1 -1
U o实验值-7.585 -2.465 2.480 7.635 U o计算值-7.5 -2.5 2.5 7.5 减法运算
自行设计电路图
自行设计表格
U i1(V) 0.5 -0.5 0.5 -0.5
U i2(V) 1 1 -1 -1
U o实验值 2.503 7.511 -7.513 -2.510
U o计算值 2.5 7.5 -7.5 -2.5 六、思考题
第一题：可以是任意值。
第二题：
七、原始材料
反向输入比例运算
同向输入比例运算
反相输入求和运算
减法运算
手写数据记录
实验报告 实验名称集成运放基本运算电路的分析与设计 课程名称模电实验 院系部：控计专业班级： 学生姓名：学号： 同组人：实验台号： 指导老师：成绩： 实验日期： 华北电力大学 一、实验目的和要求 1．掌握使用集成运算放大器构成反相输入比例运算电路、同相输入比例运算电路、反相输入求和运算电路、减法运算电路的方法。2．进一步熟悉该基本运算电路的输出与输入之间的关系。 二、实验设备 1．模拟实验箱 2．数字万用表 3．运算放大器LM324 4．10K、20K、100K的电阻若干
5．模拟实验箱上有滑动变阻器可供同学使用 三、实验原理． 实际运放具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输出阻抗、可靠性高的特点，可视为理想器件。运放的理想参数： 1．开环电压增益 A=∞vd2．输入电阻 R=∞，R=∞icid3．输出电阻 R =0 o4．开环带宽 BW= ∞ KCMR =∞．共模抑制比5 ．失调电压、电流6 、=0VI=0 ioio 根据分析时理想运放的条件，得出两个重要结论： =V 虚开路：I=0 V虚短路：i+-下图为反相比例运算放大器与同相比例运算放大器。 四、实验方法与步骤： 1.反向输入比例运算 按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U，测量对应的输出信号U的值，算出A，将实验值与理论值uiO相比较，分析误差产生的原因。 2.同向输入比例运算 参照反相输入比例运算的电路，设计比例系数为6的同相比例运算电路，设计出相应的电路图及表格，得到四组数据。并将测量值与设计要求进行比较。 输入电压不能过大，要保证运放工作在线性区。
3.反向输入比例求和运算 按实验原理中所示电路接线，接通电源。从实验箱的直流信号源引入输入信号U，测量对应的输出信号U的值，算出A，将实验值与理论值uOi相比较，分析误差产生的原因。 4.减法运算 参照反相输入求和运算的电路，设计比例系数为5的减法运算电路，设计出减法运算的电路图及相应的表格，得到四组数据。然后将测量值与设计要求进行比较。． 输入电压不能过大从而保证运放工作在线性区。五、实验结果与数据处理反向输入比例运算(V) U i U(V) o A 实验值u A-5 计算值 -5 -5 -5 u同向输入比例运算自行设计的电路图 自行设计的表格 (V)i (V) U o A 实验值u A6 6 6 6 计算值u反向输入求和运算 U(V) i1U-1 1 -1 (V) 1 i2U实验值o U计算值o减法运算自行设计电路图 自行设计表格 U (V) i1． -1 1 -1 1 (V) U i2U 实验值o U 计算值o六、思考题第
基尔霍夫方程组 基尔霍夫方程组 （1）基尔霍夫第一方程组又称结点电流方程组，它指出，会于节点的各支路电流强度的代数和为零 即：∑I = 0 。 上式中可规定，凡流向节点的电流强度取负而从节点流出的电流强度取正（当然也可取相反的规定），若复杂电路共有n个节点，则共有n-1个独立方程。 基尔霍夫第一方程组是电流稳恒要求的结果，否则若流入与流出节点电流的代数和不为零，则节点附近的电荷分布必定会有变化，这样电流也不可能稳恒。 （2）基尔霍夫第二方程组又称回路电压方程组，它指出，沿回路环绕一周，电势降落的代数和为零 即：∑IR —∑ε= 0。 式中电流强度I的正、负，及电源电动势ε的正、负均与一段含源电路的欧姆定律中的约定一致。由此，基尔霍夫第二方程组也可表示为：∑IR = ∑ε 。 列出基尔霍夫第二方程组前，先应选定回路的绕行方向，然后按约定确定电流和电动势的正、负。 对每一个闭合回路都可列出基尔霍夫第二方程，但要注意其独立性，可行的方法是：从列第二个回路方程起，每一个方程都至少含有一条未被用过的支路，这样可保证所立的方程均为独立方程；另外为使有足够求解所需的方程数，每一个方程都至少含有一条已被用过的支路。 用基尔霍夫方程组解题的步骤： 1．任意地规定各支路电流的正方向。 2．数出节点数n，任取其中（n-1）个写出（n-1）个节点方程。 3．数出支路数p，选定m=p-n+1个独立回路，任意指定每个回路的绕行方向，列出m 个回路方程。 4．对所列的（n-1）+ （p-n+1）=p个方程联立求解。 5．根据所得电流值的正负判断各电流的实际方向。
第九章 复杂直流电路的分析与计算 一、填空题 1．所谓支路电流法就是以____ 为未知量，依据____ 列出方程式，然后解联立方程得到____ 的数值。 2．用支路电流法解复杂直流电路时，应先列出____ 个独立节点电流方程，然后再列出_____个回路电压方程（假设电路有n 条支路，m 各节点，且n>m ）。 3．图2—29所示电路中，可列出____个独立节点方程，____个独立回路方程。 4．图2—30所示电路中，独立节点电流方程为_____，独立网孔方程为_______、______。 5．根据支路电流法解得的电流为正值时，说明电流的参考方向与实际方向____；电流为负值时，说明电流的参考方向与实际方向____。 6． 某支路用支路电流法求解的数值方程组如下： 1020100202050 2321321=-+=--=++I I I I I I I 则该电路的节点数为____,网孔数为___。 7．以___ 为解变量的分析方法称为网孔电流法。 8．两个网孔之间公共支路上的电阻叫____ 。 9．网孔自身所有电阻的总和称为该网孔的_______。 图2—36 图2—37 图2—38 10．图2—36所示电路中，自电阻R 11=____，R 22=_____，互电阻R 12=___。 11．上题电路，若已知网孔电流分别为I Ⅰ、I Ⅱ,则各支路电流与网孔电流的关系式为： I 1=___、I 2=____、I 3=____。 12．以____ 为解变量的分析方法称为结点电压法。 13．与某个结点相连接的各支路电导之和，称为该结点的_____ 。 14．两个结点间各支路电导之和，称为这两个结点间的____ 。 15．图2—42所示电路中，G 11=_____ 、 G 22=_____ 、G 12=_____ 。 图2—42 图2—41
一设计目的 1.集成运算放大电路当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反 馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系，在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。 2.本课程设计通过Mulitisim编写程序几种运算放大电路仿真程序，通过输入 不同类型与幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证，并利用Protel软件对实现对积累运算放大电路的设计，并最终实现PCB版图形式。二设计工具：计算机，Mulitisim，Protel软件 三设计任务及步骤要求 1)通过Mulitisim编写程序运算放大电路仿真程序，通过输入不同类型与 幅度的波形信号，测量输出波形信号对电路进行验证。输入电压波形可以任意选取，并且可对输入波形的运算进行实时显示，并进行比较； 2)对设计完成的运算放大电路功能验证无误后，通过Protel软件对首先对电 路进行原理图SCH设计，要求：所有运算放大电路在一张原理图上； 输入输出信号需预留接口； 3)设计完成原理图SCH后，利用Protel软件设计完成印制板图PCB，要求：至 少为双层PCB板； 四设计内容 1集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 2集成运放芯片的选取和介绍 由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，而本次电子设计实验对精度要求不是非常高,LM324完全满足要求,因此我们这里选用LM 324作为运放元件 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图。 3运放电路基本原理及其Mulitisim仿真 3.1．同相比例运放电路
实验报告 课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________ 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型： 电路实验 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2.掌握基本运算电路的调试方法。 3.学习集成运算放大器的实际应用。 二、实验内容和原理 1.实现反相加法运算电路 2.实现反相减法运算电路 3.用积分电路将方波转换为三角波 4.同相比例运算电路的电压传输特性（选做） 5.查看积分电路的输出轨迹（选做） 三、主要仪器设备 HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 示波器、信号发生器、万用表 实验箱LM358运放模块 四、操作方法和实验步骤 1.两个信号的反相加法运算 1) 按设计的运算电路进行连接。 2) 静态测试：将输入接地，测试直流输出电压。保证零输入时电路为零输出。 3) 调出0.2V 三角波和0.5V 方波，送示波器验证。 4) V S1输入0.2V 三角波，V S2输入0.5V 方波，用示波器双踪观察输入和输出波形，确认电路功能正确。记录示波器波形（坐标对齐，注明幅值）。 2. 减法器（差分放大电路） 减法器电路，为了消除输入偏置电流以及输入共模成分的影响，要求R1=R2、RF=R3。
1) 按设计的运算电路进行连接。 2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。 3) V S1和V S2输入正弦波（频率和幅值），用示波器观察输入和输出波形，确认电路功能正确。 4) 用示波器测量输入和输出信号幅值，记到表格中。 3.用积分电路转换方波为三角波 电路中电阻R2的接入是为了抑制由I IO、V IO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。 在t<<τ2（τ2=R2C）的条件下，若V S为常数，则V O与t将近似成线性关系。因此，当V S为方波信号并满足T P<<τ2时（T P为方波半个周期时间），则V O将转变为三角波，且方波的周期越小，三角波的线性越好，但三角波的幅度将随之减小。 1) 连接积分电路，加入方波信号（幅度？）。 2) 选择频率，使T P <<τ2，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度。 3) 改变方波频率，使T P ≈τ2，观察并记录输出波形的线性情况和幅度的变化。 4) 改变方波频率，使T P >>τ2，观察并记录输出波形的线性情况和幅度的变化。 4.同相比例运算电压传输特性 同相比例运算电路同反相加法运算电路，其特点是输入电阻比较大，电阻R’的接入同样是为了消除平均偏置电流的影响，故要求R’=R1//R F。 1) 连接同相比例运算电路。 2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。 3) 加入正弦波，用示波器观察输入和输出波形，验证电路功能。 4) 用示波器测出电压传输特性：示波器选择XY显示模式，选择适合的按钮设置。 5) 适当增大输入信号，使示波器显示整个电压传输特性曲线（即包含线性放大区和饱和区）。
1.1 运放的典型设计和应用 1.1.1 运放的典型应用 运放的基本分析方法：虚断，虚短。对于不熟悉的运放应用电路，就使用该基本分析方法。 运放是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 1) 运放在有源滤波中的应用 图5.2 有源滤波 上图是典型的有源滤波电路（赛伦-凯电路，是巴特沃兹电路的一种）。有源滤波的好处是可以让大于截止频率的信号更快速的衰减，而且滤波特性对电容、电阻的要求不高。 该电路的设计要点是：在满足合适的截止频率的条件下，尽可能将R233和R230的阻值选一致，C50和C201的容量大小选取一致（两级RC电路的电阻、电容值相等时，叫赛伦凯电路），这样就可以在满足滤波性能的情况下，将器件的种类归一化。 其中电阻R280是防止输入悬空，会导致运放输出异常。 滤波最常用的3种二阶有源低通滤波电路为 巴特沃兹，单调下降，曲线平坦最平滑； 切比雪夫，迅速衰减，但通带中有纹波； 贝塞尔（椭圆），相移与频率成正比，群延时基本是恒定。 二阶有源低通滤波 电路的画法和截止频率 2) 运放在电压比较器中的应用
图5.3 电压比较 上图是典型信号转换电路，将输入的交流信号，通过比较器LM393，将其转化为同频率的方波信号（存在反相，让软件处理一下就可以），该电路在交流信号测频中广泛使用。 该电路实际上是过零比较器和深度放大电路的结合。 将输出进行（1+R292/R273）倍的放大，放大倍数越高，方波的上升边缘越陡峭。 该电路中还有一个关键器件的阻值要注意，那就是R275，R275决定了方波的上升速度。 3) 恒流源电路的设计 如图所示，恒流原理分析过程如下： U5B （上图中下边的运放）为电压跟随器，故V4 V1=; 由运算放大器的虚短原理，对于运放U4A （上图中上边的运放）有： V5 V3=； 而 () 421 2020 V4-Vref V5V R R R ++? =； ()019 1819 0-V2 V3++?=R R R ; 有以上等式组合运算得：Vref V1 V2=- 当参考电压Vref 固定为1.8V 时，电阻R30为3.6Ωk ,电流恒定输出0.5mA 。 该恒流源电路可以设计出其他电流的恒流源，其基本思路就是：所有的电阻都需要采用高精度电阻，且阻值一致，用输入的参考电压（用专门的参考电压芯片）比上阻值，就是获得的输出电流。 但在实际使用中，为了保护恒流源电路，一般会在输出端串一只二极管和一只电阻，这样做的好处第一是防止外界的干扰会进入恒流源电路，导致恒流源电路的损坏，二是可以防止外界负载短路时，不至于对恒流源电路造成损坏。
第7章 集成运放组成的运算电路 本章教学基本要求 本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。表为本章的教学基本要求。 表 第7章教学内容与要求 学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路，掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系，理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系，并能根据需要合理选择上述有关电路。 本章主要知识点 1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点 由于实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、计算应用电路时，用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放。 集成运放的应用划分为两大类：线性应用和非线性应用。 (1) 线性应用及其特点 集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主，此时其输出量与净输入量成线性关系，但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。 集成运放工作在线性区时，它的输出信号o U 和输入信号（同相输入端+U 和反相输入端-U 之差）满足式（7-1） )(od o -+-=U U A U (7-1) 在理想情况下，集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。虚短：是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零；虚断：是指运放两个输入端的电流几乎等于零。即 虚短：0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断：0≈=+-I I
(2) 非线性应用及其特点 非线性应用中集成运放工作在非线性区，电路为开环或正反馈状态，集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。输入端有很微小的变化量时，输出电压为正饱和电压或负饱和电压值（饱和电压接近正、负电源电压），+-=U U 为两种状态的转折点。即 当+->U U 时，OL o U U = 当+-动态电路的分析与计算
1 .如图所示的电路中，电源电压不变?闭合电键S ,当滑动变阻器的滑片P 向右移动时， 变小的是（ ） A. 电压表V 示数 B. 电压表V 示数与电流表A i 示数的乘积 C. 电流表A i 示数 D. 电压表V 示数与电流表A 示数的乘积 2.如图所示的四个电路中，电源及各灯泡规格均相同?当开关闭合时，电流表读数最大 开关S 2闭合，开关S i 断开 5 .在如图所示的电路中，电源电压不变，R 2=10 0.2A .两开关都闭合时，电流表的示数为0.5A ， 6 .如图甲所示电路，闭合开关S 后，两相同电压表的指针偏转都如图乙所示，（ ） A. 电压表V i 的读数为i.5V B. 电压表V 2的读数为7.5V C . L i 和L 2两灯的电阻之比为i : 5 D . L i 和L 2两灯的电压之比为i : 4 的是（ A. 只有甲 B. 只有乙 C. 甲和丙 D. 甲和丁 L i 、 L 2均正常发光.则（ ) B . C . D. 甲是电流表， 甲是电压表， 乙是电流表， 乙是电压表， 丙是电压表 丙是电流表 丙是电压表 丙是电流表 4 .如图所示的电路，电源两端的电压一定，开关S i 闭合，如果要使电压表的示数减小， 电流表的示数增大，则下列操作中可行的是（ A . B . C . 滑动变阻器的滑片P 向上移 滑动变阻器的滑片P 向下移 开关S 2闭合，滑动变阻器的滑片P 向下移 D. Q . S i 闭合、S 2断开时，电流表的示数为 则电阻R i = Q . 乙A . 3 .如图所示的电路中，甲、乙、丙是连接在电路中的三只电学仪表.闭合开关S 后，灯
基本运算放大器电路设计
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武汉理工大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：**
创新实验项目报告书 实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14 姓名** 专业电子信息工程 一、实验目的（详细指明输入输出） 1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计 2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差 不大于5% 3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2. 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。 我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。 由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行 2.5V 的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V 的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。
集成运放基本应用之一—模拟运算电路
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实验十二集成运放基本应用之一——模拟运算电路 一、实验目的 1、了解并掌握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原理与功能。 2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 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。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性： 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就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。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图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5－1 反相比例运算电路 图5－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图5－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 / R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图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 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 / R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图5－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ， i 1 F O U R R U -=
电路的分析与计算 主要内容： 1、电路结构与状态分析 2、电路中的能量分析 3、含电容电路的分析与计算 4、电路动态分析 一、电路结构与状态分析 1、电路结构的分析 在处理电路问题中，首先要能够认识电路的结构，画出清晰的等效电路图。在实际操作中，一般可采用下述方法画等效电路图。 A、利用“回路法”画等效电路图 具体做法： 在部分电路中假设电流的起点，根据电流经过各元件的先后情况确定串、并联关系。 原则： 电流要由高电势流向低电势，每流过一个阻值为R的电阻，电势就降低一个IR。 例如： 如下图在初中我们常见的一个电路就可以采用这种方法来分析。 假设a点接电源正极，b点接电源负极，则电流的流向为: ①a→R1→c→E→b ②a→F→d→R2→c→E→b ③a→F→d→R3→b 可见电流从电源正极出发，分别经3个电阻又回到电源负极，所以三个电阻为并联关系。 如图：
B、利用“等势法”做等效电路图 对于一段电路，根据U=IR可知： ①若I≠0，R=0，则U=0，即：等势（如，理想导线） ②若I=0，R≠0，则U=0，即：等势（如，断路支路） 所以，无电阻的导线或无电流的电阻上，各个点的电势相等。 画等效电路图时，可将它们缩为一点，也可以将其变成任意形状的导线。下面我们再利用“等势法”来重新画上面电路的等效电路。 由图可知： a-F-c为一根导线各点电势相同，所以可减化为一点a'，与a'连接的电阻我们可以画符号“√”。 d-E-b为一根导线，各点电势相同，也可以减化为一点b'，与b'连接的电阻我们画符号“×”，可见三个电阻均连接在a'b'间，（由符号“√”、“×”可看出），为并联关系。 如图： C、电学元件或仪表在电路中的等效 ①理想电压表： 内阻为无穷大，所以其所在支路为断路。与电压表串联的电阻由于没有电流流过，所以电阻两端没有电势的降落，即等势，可视为一根导线。 ②理想电流表： 内阻为0，所以其可视为一根导线。与电流表直接并联的电阻，由于电流走捷径，都通过电流表，没有电流流过电阻，电阻被短路。
运算放大器组成的电路五花八门，令人眼花瞭乱，是模拟电路中学习的重点。在分析它的工作原理时倘没有抓住核心，往往令人头大。特搜罗天下运放电路之应用，来个“庖丁解牛”，希望各位从事电路板维修的同行，看完后有所收获。 遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出 Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。 今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。 虚短和虚断的概念 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
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。 R1 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 R1 15kΩR2 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 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 。 ⑵开环差模电压放大倍数 A od 集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od 。它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB)表示，目前最高值可达 140dB(即开环电压放大倍数达 107 )。 ⑶共模抑制比 K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即od CMRR oc A K =A ，其含义与差动放大器中所定义的 K CMRR 相同，高质量的运放 K CMRR 可达160d B 。 ⑷差模输入电阻 r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运 放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od 、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻 r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能力越强。理想集成运放r o 趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS 、输入偏置电流 I B 、输入失调电压温漂 d UOS /d T 和输入失调电流温漂 d IOS /d T 、最大共模输入电压 U Icmax 、最大差模输入电压 U Idmax 等，可通过器件
实验2《电子技术》课程设计任务书 设计工作计划 本设计时间为2天，具体安排如下： 熟悉课设目标，查阅相关资料，对相关理论进行剖析：天 设计电路图，计算相关参数，根据电路图进行仿真与测量：1天 撰写报告：天
1. 实验原理 通常在分析运算电路时均设集成运方位理想运放，因而其输入端的净输入电压和净输入电流均为0，即具有“虚短路”和“虚断路”两个特点，这是分析运算电路输出电压和输入电压关系的基本出发点。 从对比例运算电路的分析可知，输出电压与同相输入信号电压极性相同，与反相输入端电压极性相反，因而如果多个信号同时作用于两个输入端，那么必然可以实现加减运算电路。 第一级电路实现加减运算，第二级电路通过运用反响比例运算电路来放大第一级的输出信号。 图（a ） 根据虚断iN=iP=0 （1） 虚短UN=UP （2） iN=（U1-UN ）/R1+（U2-UN ）/R2-（Uo1/Rf1-UN ） （3） iP=（U3-UP ）/R3 （4） 根据式（1）（2）（3）（4）可知，当满足R1//R2//Rf=R3时 Uo1=Rf1（U3/R3-U2/R2-U1/R1） OPAMP_3T_VIRTUAL Rf1100kΩ 图（b ）这是一个电压串联负反馈电路 根据电路分析可得U02=-Uo1*Rf2/R5 将两级电路连到一起，可得
U1 OPAMP_3T_VIRTUAL U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 50kΩ R2 50kΩ R3 40kΩ Rf1 100kΩ R5 40kΩ R6 20kΩ Rf2 40kΩ R4 40kΩ 代入各具体数值可得Uo2=（2Uo1+） 2.用软件的仿真结果 U1 OPAMP_3T_VIRTUAL U2 OPAMP_3T_VIRTUAL R1 50kΩ R2 50kΩ R3 20kΩ Rf1 100kΩ R5 40kΩ R6 20kΩ Rf2 40kΩ XSC1 A B C D G T XFG1 XFG2 XFG3 实验结论 当U1=，U2=，U3=时，Uo2=，与仿真实验结果一样。
集成运放的非线性失真分析及电路应用 0 引言运算放大器广泛应用在各种电路中，不仅可以实现加法和乘法等线性运算电路功能，而且还能构成限幅电路和函数发生电路等非线性电路，不同的连接方式就能实现不同的电路功能。集成运放将运算放大器和一些外围电路集成在一块硅片上，组合成了具有特定功能的电子电路。集成运放体积小，使用方便灵活，适合应用在移动通信和数码产品等便携设备中。线性特性是考查具有放大功能的集成运放和接收射频前端电路的一个重要参数，并且线性范围对集成运放的连接方式也有很大影响。集成运放的线性范围太小，就会造成输出信号产生多次谐波和较大的谐波功率，严重地影响整个电路的功能。基于集成运放的非线性分析，可以发现造成电路非线性失真的原因，并且在不改变电路设计的前提下，通过改变集成运放的连接方式，达到实现集成运放正常工作的目的。本文设计优化的集成运放电路应用于定位系统射频前端电路，完成对基带扫频信号的放大输出，能有效抑制了集成运放谐波的产生，实现射频接收前端电路的高增益，提高对后端电路设计部分的驱动能力。l 差分电路的接入方法和集成运放的非线性参数通用集成运放电路由：偏置电路、输入级、中间级和输出级等组成。其输入级部分由差分电路构成。差分电路有双端输入和单端输入两种信号输入方法；偏置电路可以采用单电源和双电源两种供电方式。在移动通信或便携设备中，一般采用单电源供电方式，单电源供电的集成运放要求输入信号采用单极性形式，即输入信号始终是正值或是负值，差分输入级可以用来保证输入中间级电路的信号极性，同时差分输入级放大电路可以有效抑制共模信号，增强集成运放的共模抑制比。但是，当共模输入信号较大时，差分对管就会进入非线性工作状态，放大器将失去共模抑制能力，严重影响到集成运放的共模抑制比。集成运放的非线性特性参数除了最大共模输入
1．试列出求解网孔电流I 1、I 2、I 3所需的网孔方程式（只列方程，无需求解）。 Ω 100 解： ?????--=-+=-+=--+++60 120100)10010060200)400200120100200)200300100100(1312321I I I I I I I （（ 2. 图示电路，试用网孔法求U 3。 解： 2 34343232111 440 4620 2631m m m m m m m m m m i u i i i i i i i i A i =-=+-=-+-=-+-= 3.用网孔法求图中的电压U 。 解：网孔电流如图所示。 1I 2 I +_1U
2 121 21 121 242I U I I U I U I ==-=-= 4.试用网孔法求如图所示电路中的电压U 。（只列方程，不求解） 解： 123 2010840I I I --=- 1231024420I I I -+-=- 123842020I I I --== 38I = 5．列出求解图示电路结点1、2、3的电压所需的结点电压方程式（只列方程，无需求解）。 解： U + —
?????????--=-+=-+=S S S S I R U U R U R R I U R U R R U U 411134112232211)111)11（（ 6．试用结点电压法求如图所示电路中的电流I 。（只列方程，无需求解） 3 解：结点电压方程如下： 82408121)8 1812142081101)814110124021101)211011013 213312321U I U U U U U U U U U =?????????-=--++=--++=--++又有（（（ 7．试列出为求解图示电路中U 1、U 2、U 3所需的结点电压方程式（只列方程，无需求解）。 3 解： ?????????=--++-=--+=03121)1 13121731)311172133121U U U U U U V U （（ 8．用结点法求图示电路中的电流I 。
第六章集成运放组成的运算电路 运算电路 例6-1例6-2例6-3例6-4例6-5例6-6例6-7例6-8例6-9 例6-10例6-11 乘法器电路 例6-12例6-13例6-14 非理想运放电路分析 例6-15 ； 【例6-1】试用你所学过的基本电路将一个正弦波电压转换成二倍频的三角波电压。要求用方框图说明转换思路，并在各方框内分别写出电路的名称。 【相关知识】 波形变换，各种运算电路。 【解题思路】 利用集成运放所组成的各种基本电路可以实现多种波形变换；例如，利用积分运算电路可将方波变为三角波，利用微分运算电路可将三角波变为方波，利用乘方运算电路可将正弦波实现二倍频，利用电压比较器可将正弦波变为方波。 【解题过程】 先通过乘方运算电路实现正弦波的二倍频，再经过零比较器变为方波，最后经积分运算电路变为三角波，方框图如图（a）所示。
【其它解题方法】 先通过零比较器将正弦波变为方波，再经积分运算电路变为三角波，最后经绝对值运算电路（精密整流电路）实现二倍频，方框图如图（b）所示。 实际上，还可以有其它方案，如比较器采用滞回比较器等。 【例6-2】电路如图(a)所示。设为A理想的运算放大器，稳压管DZ的稳定电压等于5V。 （1）若输入信号的波形如图(b)所示，试画出输出电压的波形。 （2）试说明本电路中稳压管的作用。 & 图(a) 图(b) 【相关知识】 反相输入比例器、稳压管、运放。 【解题思路】 （1）当稳压管截止时，电路为反相比例器。
（2）当稳压管导通后，输出电压被限制在稳压管的稳定电压。 【解题过程】 （1）当时，稳压管截止，电路的电压增益 故输出电压 当时，稳压管导通，电路的输出电压被限制在，即。根据以上分析，可画出的波形如图(c)所示。 图(c) 。 （2）由以上的分析可知，当输入信号较小时，电路能线性放大；当输入信号较大时稳压管起限幅的作用。 【例6-3】在图(a)示电路中，已知, ，，设A为理想运算放大器，其输出电压最大值为，试分别求出当电位器的滑动端移到最上端、中间位置和最下端时的输出电压的值。
实验报告 姓名：学号： 日期：成绩： 课程名称模拟电子实验实验室名 称 模电实验室 实验 名称 集成运放电路 同组同学指导老师 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、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验原理 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。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就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。 基本运算电路 1) 反相比例运算电路 电路如图6－1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6－1 反相比例运算电路 图6－2 反相加法运算电路 2) 反相加法电路 电路如图6－2所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )U R R U R R ( U i22 F i11F O +-= R 3＝R 1 // R 2 // R F 3) 同相比例运算电路 图6－3(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 1 F O )U R R (1U + = R 2＝R 1 // R F 当R 1→∞时，U O ＝U i ，即得到如图6－3(b)所示的电压跟随器。图中R 2＝R F ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10K Ω， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 i 1 F O U R R U - =