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元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，确定外接电阻元件的值。
2、设计同相比例运算电路，要求|A uf |=11，确定外接电阻元件值。
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Multisim 8 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
i
1F O U R R U -=
(2) 反相加法电路
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 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 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2.5.3(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。
(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器
图2.5.3 同相比例运算电路
(4) 差动放大电路（减法器）
对于图2.5.4所示的减法运算电路，当R 1＝R 2，R 3＝R F 时， 有如下关系式 )U (U R R U i1i21
F
O -=
图2.5.4 减法运算电路图 2.5.5 积分运算电路
(5) 积分运算电路
反相积分电路如图2.5.5所示。在理想化条件下，输出电压u O 等于
式中 u C (o)是t ＝0时刻电容C 两端的电压值，即初始值。
如果u i (t)是幅值为E 的阶跃电压，并设u c (o)＝0，则
即输出电压 u O (t)随时间增长而线性下降。显然RC 的数值越大，达到给定的U O 值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K 1闭合，即通过电阻R 2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K 1打开，以免因R 2的接入造成积分误差。K 2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压u C (o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号u i 后， 只要K 2一打开， 电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。
四、实验设备与器件
1、±12V 直流电源
2、函数信号发生器
3、交流毫伏表
4、直流电压表
5、集成运算放大器μA741×1 电阻器、电容器若干。
五、实验内容与步骤
实验前按设计要求选择运算放大器、电阻等元件的参数，看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。 1、反相比例运算电路
(1) 参照图2.5.1连接实验电路，接通±12V 电源，输入端对地短路，进行调零和消振。 (2) 适当选取电路中反馈电阻R F 的阻值，使得电路的电压放大倍数为A V =10。
(3) 输入f ＝100Hz ，U i ＝0.5V 的正弦交流信号，测量相应的U O ，并用示波器观察u O 和u i 的相位关系，记入表2.5.1。
表2.5.1 U i ＝0.5V ，f ＝100Hz
(1) 参照图2.5.3(a)连接实验电路。
(2) 适当选取电路中反馈电阻R F 的阻值，使得电路的电压放大倍数为A V =11。实验步骤同内容1，将结果记入表2.5.2 。
(3) 将图2.5.3 (a)中的R 1断开，得图2.5.3 (b)电路重复内容(1)。
表2.5.2 U i ＝0.5V
f ＝100Hz
?
+-=(o)u dt u C
R 1(t)u C i t
o 1O ?
=-=t C R E
-Edt C
R 1(t)u 1t o
1O
3、反相加法运算电路
(1) 参照图2.5.2连接实验电路。调零和消振。
(2) 适当选取电路中反馈电阻R F的阻值，使得电路的输出电压为
U0=-（10U i1+5U i2）。
(3) 输入信号采用直流信号，实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压U i1、U i2及输出电压U O，记入表2.5.3。
表2.5.3
4
(1) 参照图2.5.4连接实验电路。调零和消振。
(2) 适当选取电路中电阻R F、R3的阻值，使得电路的输出电压为
U0=10（U i2-U i1）
(3) 采用直流输入信号，实验步骤同反相加法运算电路(3)，记入表2.5.4。
表2.5.4
5、积分运算电路
实验电路如图2.5.5所示。
(1) 打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。
(2) 调零完成后，再打开K1，闭合K2，使u C(o)＝0。
(3) 预先调好直流输入电压U i＝0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压U O，每隔5秒读一次U O，记入表2.5.5，直到U O不继续明显增大为止。
表2.5.5
1、整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。
2、将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。
3、分析讨论实验中出现的现象和问题。
七、预习要求
1、复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。
2、在反相加法器中，如U i1和U i2均采用直流信号，并选定U i2＝－1V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜U i1｜的大小不应超过多少伏？
3、在积分电路中，如R1＝100KΩ， C＝4.7μF，求时间常数。
假设U i＝0.5V，问要使输出电压U O达到5V，需多长时间（设u C(o)＝0）？
4、为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？
实验五 时序逻辑电路实验 一、实验目的 1．掌握同步计数器设计方法与测试方法。 2．掌握常用中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法。 二、实验设备 1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板 2．74LS190、74LS393、74LS04 3．1kΩ电阻、发光二极管 三、实验原理 1．计数器 计数器不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。 2．(1) 四位二进制（十六进制）计数器74LS161（74LS163） 74LSl61是同步置数、异步清零的4位二进制加法计数器，其功能表见表5.1。 74LSl63是同步置数、同步清零的4位二进制加法计数器。除清零为同步外，其他功能与74LSl61相同。二者的外部引脚图也相同，如图5.1所示。 表5.1 74LSl61（74LS163）的功能表 3．集成计数器的应用——实现任意M进制计数器 一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一类是由触发器构成的简单计数器。第二类是由集成二进制计数器构成计数器。第三类是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。第一类，可利用时序逻辑电路的设计方法步骤进行设计。第二类，当计数器的模M较小时用一片集成计数器即可以实现，当M较大时，可通过多片计数器级联实现。两种实现方法：反馈置数法和反馈清零法。第三类,是由移位寄存器构成的移位寄存型计数器。 4．实验电路： 十进制计数器
六进制扭环计数器 具有方波输出的六分频电路 图5.1 74LS161（74LS163）外部引脚图 四、实验内容及步骤 1．集成计数器实验 （1）按电路原理图使用中规模集成计数器74LS163和与非门74LS00，连接成一个同步置数或同步清零十进制计数器，并将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。 （2）根据电路图，首先用D触发器74LS7474构成一个不能自启的六进制扭环形计数器，同样将输出连接至数码管或发光二极管。然后使用单次脉冲作为触发输入，观察数码管或发光二极管的变化，记录得到电路计数过程和状态的转换规律。注意观察电路是否能自启，若不能自启，则将电路置位有效状态。接下来再用D触发器74LS7474构成一个能自启的六进制扭环形计数器，重复上述操作。 2．分频实验 同步置数法 同步清零法
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。为此本人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，看完后有所斩获。 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）。 好了，让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”，开始“庖丁解牛”了。 (原文件名:1.jpg)
习题答案 5.1 在题图5.1所示的电路中，已知晶体管V 1、V 2的特性相同，V U on BE 7.0,20)(==β。求 1CQ I 、1CEQ U 、2CQ I 和2CEQ U 。 解：由图5.1可知： BQ CQ BQ )on (BE CC I I R R I U U 213 1 1+=--即 11CQ11.01.4 2.7k 20I -7V .0-V 10CQ CQ I I k +=Ω Ω ? 由上式可解得1CQ I mA 2≈ 2CQ I mA I CQ 21== 而 1CEQ U =0.98V 4.1V 0.2)(2-V 1031=?+=+-R )I I (U BQ CQ CC 2CEQ U =5V 2.5V 2-V 1042=?=-R I U CQ CC 5.2 电路如题图5.2所示，试求各支路电流值。设各晶体管701.U ,)on (BE =>>βV 。 U CC (10V) V 1 R 3 题图5.1
解：图5.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求参考电流R I ， ()815 17 0266..I R =+?---=（mA ） 则 8.15==R I I （mA ） 9.0105 3== R I I （mA ） 5.425 4==R I I （mA ） 5.3 差放电路如题图5.3所示。设各管特性一致，V U on BE 7.0)(=。试问当R 为何值时，可满足图中所要求的电流关系？ 解： 53010 7 0643..I I C C =-==（mA ） 则 I 56V 题图 5.2 R U o 题图5.3
2702 1 476521.I I I I I I C C C C C C == ==== mA 即 2707 065.R .I C =-= （mA ） 所以 61927 07 06...R =-= （k Ω） 5.4 对称差动放大电路如题图5.1所示。已知晶体管1T 和2T 的50=β，并设 U BE (on )=0.7V,r bb ’=0,r ce =。 (1)求V 1和V 2的静态集电极电流I CQ 、U CQ 和晶体管的输入电阻r b’e 。 (2)求双端输出时的差模电压增益A ud ，差模输入电阻R id 和差模输出电阻R od 。 (3)若R L 接V 2集电极的一端改接地时，求差模电压增益A ud (单),共模电压增益A uc 和共模抑制比K CMR ,任一输入端输入的共模输入电阻R ic ,任一输出端呈现的共模输出电阻R oc 。 (4) 确定电路最大输入共模电压围。 解:(1)因为电路对称，所以 mA ...R R .U I I I B E EE EE Q C Q C 52050 21527 062270221=+?-=+?-== = + V 1 V 2 + U CC u i1 u i2R C 5.1k ΩR L U o 5.1kΩ R C 5.1k Ω R E 5.1k Ω -6V R B 2k Ω 题图5.1 R B 2k Ω + － R L /2 + 2U od /2 + U id /2 R C R B V 1 (b) + U ic R C R B V 1 (c) 2R EE + U
运算放大器基本电路大全 我们经常看到很多非常经典的运算放大器应用图集，但是这些应用都建立在双电源的基础上，很多时候，电路的设计者必须用单电源供电，但是他们不知道该如何将双电源的电路转换成单电源电路。 在设计单电源电路时需要比双电源电路更加小心，设计者必须要完全理解这篇文章中所述的内容。 1．1 电源供电和单电源供电 所有的运算放大器都有两个电源引脚，一般在资料中，它们的标识是VCC＋和VCC－，但是有些时候它们的标识是VCC＋和GND。这是因为有些数据手册的作者企图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的区别。但是，这并不是说他们就一定要那样使用――他们可能可以工作在其他的电压下。在运放不是按默认电压供电的时候，需要参考运放的数据手册，特别是绝对最大供电电压和电压摆动说明。 绝大多数的模拟电路设计者都知道怎么在双电源电压的条件下使用运算放大器，比如图一左边的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个相等电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是经常使用的。输入电压和输出电压都是参考地给出的，还包括正负电压的摆动幅度极限Vom以及最大输出摆幅。 单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC＋，地或者VCC－引脚连接到GND。将正电压分成一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别分别指明Voh 和Vol 。需要特别注意的是有不少的设计者会很随意的用虚地来参考输入电压和输出电压，但在大部分应用中，输入和输出是参考电源地的，所以设计者必须在输入和输出的地方加入隔直电容，用来隔离虚地和地之间的直流电压。(参见1.3节) 图一 通常单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。另外现在运放的供电
实报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：成绩： 实验名称：基本运算电路设计实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求： 实验目的： 1、掌握集成运算放大器组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2、了解集成运算放大器在实际应用中应考虑的一些问题。 实验要求： 1、实现两个信号的反向加法运算 2、用减法器实现两信号的减法运算 3、用积分电路将方波转化为三角波 4、实现同相比例运算（选做） 5、实现积分运算（选做） 二、实验设备： 双运算放大器LM358 三、实验须知： 1．在理想条件下，集成运放参数有哪些特征？ 答：开环电压增益很高，开环电压很高，共模抑制比很高，输入电阻很大，输入电流接近于零，输出电阻接近于零。2．通用型集成运放的输入级电路，为啥均以差分放大电路为基础？ 答：（1）能对差模输入信号放大 （2）对共模输入信号抑制 （3）在电路对称的条件下，差分放大具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。 3．何谓集成运放的电压传输特性线？根据电压传输特性曲线，可以得到哪些信 息？ 答：运算放大器的电压传输特性是指输出电压和输入电压之比。4．何谓集成运放的输出失调电压？怎么解决输出失调？ 答：失调电压是直流（缓变）电压，会叠 加到交流电压上，使得交流电的零线偏移 （正负电压不对称），但是由于交流电可 以通过“隔直流”电容（又叫耦合电容） 输出，因此任何漂移的直流缓变分量都不 能通过，所以可以使输出的交流信号不受 失调电压的任何影响。 专业： 姓名： 日期： 地点：紫金港东
5．在本实验中，根据输入电路的不同，主要有哪三种输入方式？在实际运用中这三种输入方式都接成何种反馈形式，以实现各种模拟运算？ 答：反相加法运算电路，反相减法运算电路，积分运算电路。都为负反馈形式。 四、实验步骤： 1.实现两个信号的反相加法运算 实验电路： R′= Rl//R2//RF 电阻R'的作用：作为平衡电阻，以消除平均偏置电流及其漂移造成的运算误差 输入信号v s1v s1输出电压v o ，1kHz 0 2.减法器（差分放大电路） 实验电路： R1=R2、R F=R3 输入信号v s1v s1输出电压v o ，1kHz 0 共模抑制比850 3.用积分电路转换方波为三角波 实验电路： 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
实验五 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 i F O U R U -=
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 ，用以减小漂移和起保护作用。一般R F 取10KΩ， R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 (a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图5-3 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器）
比例求和运算电路
实验八 比例求和运算电路 —、实验目的 1、掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2、学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验原理 1、比例运算放大电路包括反相比例，同相比例运算电路，是其他各种运算电路的基础，我们在此把它们的公式列出： 反相比例放大器 10R R V V A F i f -== 1R r if = 同相比例放大器 1 01R R V V A F i f +== ()id Od r F A r +=1 式中Od A 为开环电压放大倍数F R R R F +=11 id r 为差模输入电阻 当0=F R 或∞=1R 时，0=f A 这种电路称为电压跟随器 2、求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果，用运算实现求和运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入或双端输入的方式，下面列出他们的计算公式。 反相求和电路 22110i F i F V R R V R R V ?+?-= 若 21i i V V = ，则 ()210i i F V V R R V += 双端输入求和电路 ?? ? ??-'=∑∑21120i i F V R R V R R R R V 式中： F R R R //1=∑ 32//R R R ='∑ 三、实验仪器 l 、数字万用表 2、示波器 3、信号发生器 4、集成运算放大电路模块 四、预习要求 1、计算表8-l 中的V 0和A f 2、估算表8-3的理论值 3、估算表8- 4、表8-5中的理论值 4、计算表8-6中的V 0值 5、计算表8-7中的V 0值
五、实验内容 1、电压跟随器 实验电路如图8-l所示. 图8-l电压跟随器 按表8-l内容实验并测量记录。 V i （V）-2 -0.5 0 0.5 0.98 V （V） R L =∞ R L = 5K1 4,96 2、反相比例放大器 实验电路如图8-2所示。 图8-2反相比例放大器 (l) 按表8-2内容实验并测量记录. 直流输入电压U i （mV）30 100 300 9803000 输出电压U 理论估算 （mV） 实测值（mV）10800 误差 (2) 按表8-3要求实验并测量记录. 测试条件理论估算值实测值 ΔU R L 开路，直流输入信号
常用运算放大器电路(全集) 下面是[常用运算放大器电路(全集)]的电路图 常用OP电路类型如下: 1. Inverter Amp. 反相位放大电路: 放大倍数为Av = R2 / R1但是需考虑规格之Gain-Bandwidth数值。R3 = R4 提供1 / 2 电源偏压 C3 为电源去耦合滤波 C1, C2 输入及输出端隔直流 此时输出端信号相位与输入端相反 2. Non-inverter Amp. 同相位放大电路: 放大倍数为Av=R2 / R1 R3 = R4提供1 / 2电源偏压 C1, C2, C3 为隔直流
此时输出端信号相位与输入端相同 3. Voltage follower 缓冲放大电路: O/P输出端电位与I/P输入端电位相同 单双电源皆可工作 4. Comparator比较器电路: I/P 电压高于Ref时O/P输出端为Logic低电位 I/P 电压低于Ref时O/P输出端为Logic高电位 R2 = 100 * R1 用以消除Hysteresis状态, 即为强化O/P输出端, Logic高低电位差距，以提高比较器的灵敏度. (R1=10 K, R2=1 M) 单双电源皆可工作 5. Square-wave oscillator 方块波震荡电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 100 K, C1 = 0.01 uF
Freq = 1 /（2π* R1 * C1） 6. Pulse generator脉波产生器电路: R2 = R3 = R4 = 100 K R1 = 30 K, C1 = 0.01 uF, R5 = 150 K O/P输出端On Cycle = 1 /（2π* R5 * C1） O/P输出端Off Cycle =1 /（2π* R1 * C1） 7. Active low-pass filter 主动低通滤波器电路: R1 = R2 = 16 K R3 = R4 = 100 K C1 = C2 = 0.01 uF 放大倍数Av = R4 / (R3+R4) Freq = 1 KHz 8. Active band-pass filter 主动带通滤波器电路:
华南师范大学实验报告 学生姓名林荣淞学号20093200144专业光电年级、班级09光电2班 课程名称电子技术实验讲义实验项目比例运算电路实验 一、实验目的： a)熟悉由集成运算放大器组成的基本比例运算电路的运算关系。 b)掌握集成比例运算电路的调试和实验方法，验证理论分析结果。 二、仪器设备： 示波器 低频模拟电路实验箱 低频信号发生器 数字式万用表 三、实验内容与步骤： （1）反相比例运算放大器 ①反相比例运算放大器测试电路如图1所示。图中R f＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝R1∥R f。 连接电路，检查无误后接通电源。 Rf 100k R1 10k Ui Uo R2 图1 反相比例运算放大器 ②调零。将输入端接地，用直流电压表检测输出电压，检查U O是否等于零，保证U i等于零 时，U O等于零（注：调零时必须已接入R f）。
③在输入端加入直流信号，信号的电压值见表1。用直流电压表测量输出电压U O，将测量 值记入表1中。 ④注：直流电压的得到：用直流电源1.5——24V调节得到输出为2V电压,然后通过10k 电位器分压得到所需的直流电压值。 （2）同相比例放大器 ①同相比例放大电路测试电路如图2所示，图中R f，R1，R2参数同（1）①，按 图2接线，检查无误后接通电源。 R1 10k Rf 100k R2 Ui Uo 图2同相比例放大器 ②调零同（1）②。 ③在输入端加入直流信号，信号的电压值见表1，测量值填入表1中。 （3）电压跟随器 电压跟随器测试电路如图3所示。图中R f＝R1＝10kΩ，按图3接线，检查无误后接通电源，调零，输入端加入直流信号，信号的电压值见表2。测量输出电压 U O，将测量值记入表2中 R1 10k Rf 10k Uo Ui 图3电压跟随器 （4）差动比例放大器 差动比例放大器测试电路如图4所示。图R f＝R3＝100kΩ，R1＝R2＝10kΩ。按图4接线，接通电源，调零，输入端U11，U12同时加入直流信号，信号电压值见表2（注意信号的极性），测量输出电压U O，测量值记入表2中。
基本运算电路实验报告 实验报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验 指导老师： 成绩： 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型： 同组学生姓名： 实验目的： 1、掌握集成运算放大器组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2、了解集成运算放大器在实际应用中应考虑的一些问题。 实验要求： 1、实现两个信号的反向加法运算 2、用减法器实现两信号的减法运算 3、用积分电路将方波转化为三角波 4、实现同相比例运算（选做） 5、实现积分运算（选做） 双运算放大器LM358 三、 实验须知： 1．在理想条件下，集成运放参数有哪些特征？ 答：开环电压增益很高，开环电压很高，共模抑制比很高，输入电阻很大，输入电流接近于零，输出电阻接近于零。 2．通用型集成运放的输入级电路，为啥 均以差分放大电路为基础？ 答：（1）能对差模输入信号放大 （2）对共模输入信号抑制 （3）在电路对称的条件下，差分放大具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。 3．何谓集成运放的电压传输特性线？根据电压传输特性曲线，可以得到哪些信息？ 答：运算放大器的电压传输特性是指输出电压和输入电压之比。 4．何谓集成运放的输出失调电压？怎么解决输出失调？ 答：失调电压是直流（缓变）电压，会叠加到交流电压上，使得交流电的零线偏移（正负电压不对称），但是由于交 流电可以通过“隔直流”电容（又叫耦合电容）输出，因此任何漂移的直流缓变分量都不能通过，所以可以使输出的交流信号不受失调电压的任何影响。 5．在本实验中，根据输入电路的不同，主要有哪三种输入方式？在实际运用中这三种输入方式都接成何种反馈形式，以实现各种模拟运算？ 答：反相加法运算电路，反相减法运算电路，积分运算电路。都为负反馈形式。 专业： 姓名： 日期： 地点：紫金港 东三--
暨南大学本科实验报告专用纸 课程名称模拟电子技术实验成绩评定 实验项目名称比例求和运算电路指导教师窦庆萍实验项目编号0712*******实验项目类型验证型实验地点实B406 学生姓名李佳学号2013053123 学院电气信息学院专业电子信息科学与技术 一、实验目的 1．掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。 2．学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验仪器 1．数字万用表 2．示波器 3．信号发生器 三、预习要求 1．计算表6.1中的Vo和Af 2．估算表6.3的理论值 3．估算表6.4、表6.5中的理论值 4．计算表6.6中的Vo值 5．计算表6.7中的Vo值
四、实验内容 1．电压跟随电路 实验电路如图6.1所示。 图6.1 电压跟随电路 按表6.1内容实验并测量记录。 表6.1 2.反相比例放大器 实验电路如图6.2所示。 图6．2 反相比例放大电路(1)按表6.2内容实验并测量记录。 (2)按表6.3要求实验并测量记录。
(3)测量图6.2电路的上限截止频率。 3.同相比例放大电路 电路如图6.3所示 (1)按表6.4和6.5实验测量并记录。 图6．3 同相比例放大电路 表6.4 (2)测出电路的上限截止频率。 上限截止频率为23.5KHz，且其为低通。 4.反相求和放大电路。 实验电路如图6.4所示。 按表6.6内容进行实验测量，并与预习计算比较。
图6.4反相求和放大电路 5.双端输入求和放大电路 实验电路为图6.5所示。 图6．5 双端输入求和电路 表6.7 按表6.7要求实验并测量记录。 五、实验小结 1．总结本实验中5种运算电路的特点及性能。 电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。 反相比例放大器，输出电压按比例增大，相位与输入电压相反。同相比例放大器，输出电压按比例增大，相位与输入电压相同。
运算放大器应用电路的设计与制作 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,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。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到: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化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 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”。
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。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 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 ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: i 1 f O U R R U - =
实验报告课程名称：电路与电子技术实验指导老师： 成绩： 实验名称：集成运放组成的基本运算电路实验实验类型：同组学生：一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（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.研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能； 2.掌握集成运算放大电路的三种输入方式。 3.了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题； 4.理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响； 5.学会用集成运算放大器实现波形变换 二、实验容和原理 1.实现两个信号的反相加法运算 2.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值 3.实现单一信号同相比例运算(选做) 4.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值，测量闭环传输特性：Vo = f (Vs) 5.实现两个信号的减法(差分)运算 6.输入正弦波，示波器观察输入和输出波形，毫伏表测量有效值 7.实现积分运算(选做) 8.设置输出初态电压等于零；输入接固定直流电压，断开K2，进入积分；用示波器观察输出变化(如何设轴,Y轴和触发方式) 9.波形转换—方波转换成三角波 10.设：Tp为方波半个周期时间；τ=R2C 11.在T p<<τ、T p ≈τ、T p>>τ三种情况下加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性 三、主要仪器设备 1.集成运算电路实验板；通用运算放大器μA741、电阻电容等元器件； 2.MS8200G型数字多用表；XJ4318型双踪示波器；XJ1631数字函数信号发生器；DF2172B型交流电压表； 型可调式直流稳压稳流电源。
一、 电路原理分析与计算 1. 反相比例运算电路 输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻R F 跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i -＝0，因此i 1＝i f 。电路如图1所示， 图1 根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u -＝u +＝0。 由此可得： 01 f i R u u R =- 因此闭环电压放大倍数为： 1 o f uo i u R A u R = =- 2. 同相比例运算电路 输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。电路如图2所示，
图2 根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则 因此得： 1 (1)f o i R u u R =+ 开环电压放大倍数 1 1o f uf i u R A u R = =+ 3. 反相输入加法运算电路 在反相输入端增加若干输入电路，称为反向输入加法运算电路。电路如图3 所示， 图3 计算公式如下， 12 12 ( )o f u u u R R R =-+ 平衡电阻213////f R R R R =,当13f R R R ==时，输出电压012()u u u =-+ 4. 减法运算电路 减法运算电路如图4所示，输入信号1i u 、2i u 分别加至反相输入端和同相
输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。 图4 输出电压为： 2211231 (1)f f o i i R R R u u u R R R R =+ -+ 当123f R R R R ===时，输出电压21o i i u u u =- 5. 微分运算电路 微分运算电路如图5所示， 图5 电路的输出电压为o u 为： 21 i o du u R C dt =- 式中，21R C 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为OM U ,则21R C 的值必须满足： 21max ()OM i U R C du dt <= 6. 积分运算电路 积分运算电路如图6所示，
实验四 比例求和运算电路 一、实验目的 1．掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2．学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验仪器 1.数字万用表 2.信号发生器 3.双踪示波器 其中，模拟电子线路实验箱用到直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”模板。 三、实验原理 （一）、比例运算电路 1．工作原理 a ．反相比例运算,最小输入信号min i U 等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。 如下图所示。 10k Ω 输入电压i U 经电阻R 1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R 2 接地。输出电压O U 经R F 接回到反相输入端。通常有： R 2=R 1//R F 由于虚断，有 I +=0 ，则u +=-I +R 2=0。又因虚短，可得：u -=u +=0 由于I -=0，则有i 1=i f ，可得： F o 1i R u u R u u -=--- 由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为： ??? ???? ==-==1i i if 1F i o uf R i u R R R u u A
反相比例运算电路的输出电阻为：R of =0 输入电阻为：R if =R 1 b ．同相比例运算 10k Ω 输入电压i U 接至同相输入端，输出电压O U 通过电阻R F 仍接到反相输入端。R 2的阻值应为R 2=R 1//R F 。 根据虚短和虚断的特点，可知I -=I +=0,则有 o F u R R R u ?+= -11 且 u -=u +=u i ，可得： i o F u u R R R =?+11 1 F i o uf R R 1u u A +== 同相比例运算电路输入电阻为： ∞==i i if i u R 输出电阻： R of =0 以上比例运算电路可以是交流运算，也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。 （二）求和运算电路 1．反相求和 根据“虚短”、“虚断”的概念 1212i i o F u u u R R R +=- 1212()F F o i i R R u u u R R =-+ 当R 1=R 2=R ，则 12()F o i i R u u u R =-+ 四、实验内容及步骤 1、.电压跟随电路 实验电路如图1所示。按表1内容进行实验测量并记录。
实验报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验 指导老师： 成绩： __________________ 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型：______ _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 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（仿真和实验结果放在一起） 1、反相加法运算电路： 1212 12121 2 =( ) f o I I f f f o I I I I I u u u R R R R R u u u R R ++=-=-+ 当R1=R2时， 121 () f o I I R u u u R =- +，输出电压与Ui1，Ui2之和成正 比，其比例系数为1f R R ，电阻R ’=R1//R2//Rf 。 2、减法器（差分放大电路） 专业：机械电子工程 姓名：许世飞 学号： 日期： 桌号：
11o I f u u u u R R ----= 由于虚短特性有：2 3 23 321231 1233211 11,() I f f o I I f f o I I f u u u R R R R R R u u u R R R R R R R R R u u u R R R -+== ?+?? =+ - ?+??===-=因此解得：时，有可见，当时，输出电压等于出入电压值差。 3、由积分电路将方波转化为三角波： 电路中电阻R2的接入是为了抑制由IIO 、VIO 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vS 为常数，则vO 与t 将近似成线性关系。因此，当vS 为方波信号并满足Tp<<τ2时（Tp 为方波半个周期时间），则vO 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。 4 、同相比例计算电压运算特性：
运算放大器应用电路的设计与制作 一．实验目的 1.掌握运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 2.掌握运用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 3.会用Multisim10对电路进行仿真分析； 二．实验内容 1.讲解运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 2.讲解用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 3.用Multisim10对二阶有源低通滤波电路进行仿真分析； 三．实验仪器 1.支持Win2000/2003/Me/XP/vista的PC机； 2.Multisim10软件; 四．实验原理 (一）运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,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。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线图2运算放大器输入输出端图示
图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到: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化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 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”。 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。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 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： i 1 f O U R R U -=
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元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，确定外接电阻元件的值。 2、设计同相比例运算电路，要求|A uf |=11，确定外接电阻元件值。 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Multisim 8 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 i 1F O U R R U -=
一：比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分）比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示:输出特性：因为：，所以：从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。反向比例电路的特点： 一：比例运算电路 定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。 分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。（按输入信号加入不同的输入端分） 比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式 (1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示: 输出特性：因为：， 所以： 从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数，即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。 反向比例电路的特点： (1)反向比例电路由于存在"虚地",因此它的共模输入电压为零.即:它对集成运放的共模抑制比要求低 (2)输入电阻低:r i=R1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求. (2)同相比例电路 输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示: 输出特性：因为：（虚短但不是虚地）；；
所以： 改变R f/R1即可改变Uo的值，输入、输出电压的极性相同 同相比例电路的特点： (1)输入电阻高；(2)由于(电路的共模输入信号高)，因此集成运放的共模抑制比要求高 (3)差动比例电路 输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示: 它的输出电压为： 由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。二：和、差电路 (1)反相求和电路 它的电路图如图(1)所示:（输入端的个数可根据需要进行调整）其中电阻R'为: 它的输出电压与输入电压的关系为： 它可以模拟方程：。它的特点与反相比例电路相同。它可十