模块2.2集成运算放大器的应用

1、（1）反相输入比例运算电路）反相输入比例运算电路1fiofRRuuAu读一读读一读集成运放线性应用之集成运放线性应用之一一比例运算比例运算电路电路 iiif10ifii 1fiRuuRuu00u0i0uufiRuRu0分析：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚断）（虚断）（KCL）（虚断）（虚断）（虚短）（虚短）3） 反相输入电路为电压并联负反馈电路，其输入阻抗（为反相输入电路为电压并联负反馈电路，其输入阻抗（为R1）较小，这对信号源不利，但由于出现虚地，放大电路不）较小，这对信号源不利，但由于出现虚地，放大电路不存在共模信号，允许输入信号中包含有较大的共模电压，对存

2、在共模信号，允许输入信号中包含有较大的共模电压，对集成运算放大器的共模抑制比要求也不高，因此该电路应用集成运算放大器的共模抑制比要求也不高，因此该电路应用场合较多。场合较多。 （2）同相输入比例运算电路）同相输入比例运算电路1ffoiof1RRuuuuAuiiif10ifii 1fRuuRu010iuu 0iiuuu分析：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚断）（虚断）（虚断）（虚断）（虚短）（虚短）fiiRuuRu013）（KCL） 同相输入电路为电压串联负反馈电路，其输入阻抗极高，同相输入电路为电压串联负反馈电路，其输入阻抗极高，这对信号源有利，但由于两个输入端均

3、不能接地或为虚地，放这对信号源有利，但由于两个输入端均不能接地或为虚地，放大电路中存在共模信号，不允许输入信号中包含有较大的共模大电路中存在共模信号，不允许输入信号中包含有较大的共模电压，且对集成运算放大器的共模抑制比要求较高，否则很难电压，且对集成运算放大器的共模抑制比要求较高，否则很难保证运算精度，因此该电路的应用场合相对较少。保证运算精度，因此该电路的应用场合相对较少。 fO2S21S1RuuRuuRuufO2S21S1RuRuRuS22fS11fOuRRuRRuiiiif210ifiii210uuf21RRR 若若则有则有2S1SO-uuu读一读读一读集成运放线性应用之集成运放线性应用

4、之二二加加法电路法电路 分析：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚短）（虚短）（虚断）（虚断）3）（KCL）做一做做一做项目：加法电路的测试项目：加法电路的测试项目编号：项目编号：MNC5-1任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录（格式要求见附录A）。）。测试设备：模拟电路综合测试台测试设备：模拟电路综合测试台1台，台，030V直流稳压电源直流稳压电源1台，台，函数信号发生器函数信号发生器1台，双踪示波器台，双踪示波器1台，数字万用表台，数字万用表1块。块。测试电路：图示加法电路

5、，电路中测试电路：图示加法电路，电路中R1、R2和和Rf均为均为1k ，运放为，运放为MC4558。 接好图示加法电路，并接入接好图示加法电路，并接入+VCC = +15V， VCC = 15V。 保持步骤保持步骤，接入，接入uS1为为0.1V，5kHz的正弦波信号，不的正弦波信号，不接接uS2。 做一做做一做加法电路的测试加法电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，用示波器，用示波器DC输入端观输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并察输出、输入电压波形，画出各波形并记录。记录。 输出电压幅值与输入电压幅值输出电压幅值与输入电压幅值_（基本相等（基本相等/相差很大），即相差很大）

6、，即电压放大倍数与电压放大倍数与Rf/R1值值_（基本相等（基本相等/相差很大），且输出相差很大），且输出电压与输入电压相位电压与输入电压相位_（相同（相同/相反）。相反）。 做一做做一做加法电路的测试加法电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，将，将Rf改为改为2k ，用示波器，用示波器DC输入端观察输出、输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记输入电压波形，画出各波形并记录：录： 输出电压幅值基本等于输入电输出电压幅值基本等于输入电压幅值的压幅值的_（0.5倍倍/1倍倍/2倍），即电压放大倍数与倍），即电压放大倍数与Rf/R1值值_（基本相等（基本相等/相差很大）。相差很大）

7、。 保持步骤保持步骤，将，将Rf改为改为1k 。 做一做做一做加法电路的测试加法电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，接入，接入uS1和和uS2均为均为0.1V，5kHz的正弦波信号，用的正弦波信号，用示波器示波器DC输入端观察输出电压和输入端观察输出电压和输入电压输入电压uS2波形，画出各波形并波形，画出各波形并记录：记录： 该电路该电路_（能（能/不能）实现输入不能）实现输入电压相加电压相加uO= (uS1+uS2)，且输出电压，且输出电压相对于输入电压是相对于输入电压是_（正极性（正极性的的/负极性的）。负极性的）。 保持步骤保持步骤，改接，改接uS2为为1V，500Hz的方

8、波信号，用示波器的方波信号，用示波器DC输入端观察输出电压和输入电压输入端观察输出电压和输入电压uS2波形，并记录各波形。波形，并记录各波形。 fO1S1RuuRuu32S20RuRuuS11fS23231f1O)(uRRuRRRRRRuuufii 1iiif10iiii3232ii 0i当当,231fRRRR 则则)(S1S21fOuuRRu若继续有若继续有,1fRR 则则S1S2Ouuu读一读读一读集成运放线性应用之三集成运放线性应用之三减法电路减法电路 分析：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚断）（虚断）（虚断）（虚断）3）（KCL）（KCL）（虚短）（虚短）

9、做一做做一做项目：减法电路的测试项目：减法电路的测试项目编号：项目编号：MNC5-3任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录（格式要求见附录A）。）。测试设备：模拟电路综合测试台测试设备：模拟电路综合测试台1台，函数信号发生器台，函数信号发生器1台，双踪台，双踪示波器示波器1台，低频毫伏表台，低频毫伏表1台，台，030V直流稳压电源直流稳压电源1台，数字万用台，数字万用表表1块。块。测试电路：图示减法电路测试电路：图示减法电路（二），电路中（二），电路中R1, R2, R3和和Rf均为均为1k ，运放为，运

10、放为MC4558。 接好图接好图5.7所示减法电路，并接入所示减法电路，并接入+VCC = +15V， VCC = 15V。 做一做做一做减法电路的测试减法电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，接入，接入uS1和和uS2均为均为0.1V，5kHZ的正弦波信号，用的正弦波信号，用示波器示波器DC输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记录：输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记录：输出电压幅值与输入电压幅值相比输出电压幅值与输入电压幅值相比 （基本为（基本为0/基本相基本相等等/要大得多），即该电路要大得多），即该电路 （能（能/不能）实现输入电压相减不能）实现输入电压相减（

11、uO= uS2 uS1）。）。 V1O1 UV320302O2 UV2.1)20/30301(30/203030/201 . 2O3 UV35. 3)20/30301(30/302030/305 . 3O4 UV35. 35.252.131O U课堂练习课堂练习1、求输出电压、求输出电压UoI112 )/1(uRR I221211I12o)1()1(uRRRRuRRu )I1I221)(1(uuRR 2、求输出电压、求输出电压uo读一读读一读集成运放线性应用之集成运放线性应用之四四积分积分电路电路 dtuudCRuu)(OSiii210i21ii 0uudtduCRuOSdtuRCuSO1分析

12、：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚断）（虚断）3）（KCL）0u0i（虚短）（虚短）做一做做一做项目：积分电路的测试项目：积分电路的测试任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录（格式要求见附录A）。）。测试设备：模拟电路综合测试台测试设备：模拟电路综合测试台1台，函数信号发生器台，函数信号发生器1台，双踪台，双踪示波器示波器1台，低频毫伏表台，低频毫伏表1台，台，030V直流稳压电源直流稳压电源1台，数字万用台，数字万用表表1块。块。测试电路：图示积分电路，测试电路：图示积分电

13、路，电路中电路中R为为1k ，C为为0.1 F，运，运放为放为MC4558。 接好图示积分电路，并在接好图示积分电路，并在C两端并接一个两端并接一个100 k 电阻（引入电阻（引入负反馈并启动电路，该电阻取值应尽可能大，但也不宜过大），并负反馈并启动电路，该电阻取值应尽可能大，但也不宜过大），并接入接入+VCC = +15V， VCC = 15V。 做一做做一做积分电路的测试积分电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，接入，接入uS为为1V，1kHz的方波（双极性）信号，的方波（双极性）信号，用示波器用示波器DC输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记录：输入端观察输出、输入电压

14、波形，画出各波形并记录： 输入电压波形为输入电压波形为 （正弦（正弦波波/方波方波/三角波），而输出电压波三角波），而输出电压波形为形为 （正弦波（正弦波/方波方波/三角波），三角波），因此该电路因此该电路_（能（能/不能）实不能）实现积分运算。现积分运算。tuCicddtuRCiRuddSO读一读读一读集成运放线性应用之集成运放线性应用之五五微分电路微分电路 RuudtuudCOS)(iii210i21ii 0uuRudtduCOS分析：分析：1）反相输入端）反相输入端2）同相输入端）同相输入端（虚断）（虚断）3）（KCL）0u0i（虚短）（虚短）做一做做一做项目：微分电路的测试项目：微分电

15、路的测试任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录（格式要求见附录A）。）。测试设备：模拟电路综合测试台测试设备：模拟电路综合测试台1台，函数信号发生器台，函数信号发生器1台，双踪台，双踪示波器示波器1台，低频毫伏表台，低频毫伏表1台，台，030V直流稳压电源直流稳压电源1台，数字万用台，数字万用表表1块。块。测试电路：图示微分电路，测试电路：图示微分电路，电路中电路中R为为1k ，C为为0.1 F，运放为运放为MC4558。 接好图示微分电路，并在电容接好图示微分电路，并在电容C支路中串接一个支路中串接一个

16、51 电阻电阻（防止产生过冲响应），并接入（防止产生过冲响应），并接入+VCC = +15V， VCC = 15V。 做一做做一做微分电路的测试微分电路的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，接入，接入uS为为1V，1kHz的三角波（双极性）信号，的三角波（双极性）信号，用示波器用示波器DC输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记录：输入端观察输出、输入电压波形，画出各波形并记录：输入电压波形为输入电压波形为 （正弦波（正弦波/方波方波/三角波），而输出电压三角波），而输出电压波形为波形为 （正弦波（正弦波/方波方波/三角三角波），因此该电路波），因此该电路_（能（能/不能）实现微分

17、运算。不能）实现微分运算。读一读读一读集成运放非线性应用集成运放非线性应用 （1）理想集成运算放大器的输出电压）理想集成运算放大器的输出电压uo的值有两种可能，或等于正的值有两种可能，或等于正的最大输出电压（的最大输出电压（+Uom）,或等于负的输出电压或等于负的输出电压(-Uom),+Uom或或-Uom在数值上接近集成运算放大器的正负电源值。在数值上接近集成运算放大器的正负电源值。(2)理想集成运算放大器的输入电流等于零。理想集成运算放大器的输入电流等于零。 omUuuu0omUuuu0电压比较器电压比较器电压传输特性电压传输特性uPuN uo=UOH uP uN uo=UOL 过零比较器过

18、零比较器读一读读一读集成运放非线性应用之集成运放非线性应用之一一简单电压比较器简单电压比较器 做一做做一做项目：简单电压比较器的测试项目：简单电压比较器的测试任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录（格式要求见附录A）。）。测试设备：模拟电路综合测试台测试设备：模拟电路综合测试台1台，台，测试电路：图示积分电路，电路中运测试电路：图示积分电路，电路中运放为放为MC4558。030V直流稳压电源直流稳压电源1台，数字万用表台，数字万用表1块。块。 接好图示电路，两输入端分别串接一个接好图示电路，两输入端分别串

19、接一个1k 电阻，并接入电阻，并接入+VCC = +15V， VCC = 15V。 做一做做一做简单电压比较器的测试简单电压比较器的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，接入，接入UREF=2V（用（用数字万用表精确测量）的直流电压。数字万用表精确测量）的直流电压。 保持步骤保持步骤，接入，接入uI=3V，用万用，用万用表测量输出直流电压大小，并记录：表测量输出直流电压大小，并记录：uO=_V，_（输出（输出高电平高电平uOH/输出低电平输出低电平uOL）。）。 保持步骤保持步骤，接入，接入uI=1V，用万用表测量输出直流电压大小，用万用表测量输出直流电压大小，并记录：，并记录：uO=_

20、V，_（输出高电平（输出高电平uOH/输出输出低电平低电平uOL）。）。 做一做做一做简单电压比较器的测试简单电压比较器的测试测试程序：测试程序： 保持步骤保持步骤，微调，微调uI，使，使uI在在1V至至3V之间变化，用万用表测量并观察之间变化，用万用表测量并观察输出直流电压的变化情况，并记录：恰输出直流电压的变化情况，并记录：恰好出现高电平向低电平翻转或低电平向好出现高电平向低电平翻转或低电平向高电平翻转时的高电平翻转时的uI=_V（精确测（精确测量），此值与量），此值与UREF值值_（很接近很接近/有较大差距）。有较大差距）。 结论：该电路结论：该电路_（能（能/ /不能）实现电压比较的作用不能）实现电压比较的作用简单电压比较器：简单电压比较器： 结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。 读一读读一读集成运放非线性应用之集成运放非线性应用之二二迟滞迟滞电压比较器电压比较器 32O2REF3RRuRURu32Z2REF3TH1RRURURU32Z2REF3TH2RRURURU32ii 0iiii32(KCL)(虚断）虚断）302REFRuuRuUZoUu32Z2REF3TH1RRURURU32Z2REF3TH2RRURURU（减小）（减小）（增大）（增大）32Z2TH1RRURU32Z2TH2RRURU（减小）（减小）（增大）（增大）1.