集成运算放大器基本运算电路研究课件

第九章设计研究型实验实验二集成运算放大器

基本运算电路研究一、实验目的研究由集成运放构成的比例、加法、减法、积分等基本运算电路的组成与功能，加深对集成运放线性应用电路结构和性能特点的理解。掌握其设计方法。通过对运算放大器基本应用电路的实验研究，掌握其设计方法。了解运算放大器构成的基本运算电路在实际应用时的局限性和应考虑的问题。二、实验理论基础集成运算放大器概述高电压增益，高输入电阻，低输出电阻，直接耦合的多级放大集成电路。由于集成运放具有极高的差模电压增益，要使其稳定工作于线性区，必须加深度负反馈，否则它将工作于饱和区或非线性状态。在分析或设计集成运放构成的电路时，通常可认为它是“理想的”，那么理想的运算放大器是怎样的呢？输入阻抗Ri=∞开环差模电压增益Avd=∞输出阻抗Ro=0共模抑制比CMRR=∞带宽BW=∞失调、温漂、内部噪声均为零2.理想运放在线性应用时的两个重要特性“虚短”：V+=V-。即运放的两个输入端的电位“无限”接近，就象短路一样，但不是真正的短路---虚短。“虚断”：I+=0、I-=0。即运放的两个输入端的偏置电流趋于0，就象断路一样，但不是真正的断路---虚断。VoViRFR1RPRL这是一个电压并联负反馈电路放大倍数Avf输入电阻输出电阻1.反相比例放大器三、基本运算电路输出与输入成比例关系这是电压串联负反馈放大器，特点是：输出电压Vo：3.同相放大器若R1=∞，则VoViRFR2R1这是一个电压跟随器。利用叠加定律可得：4.差动放大器（减法器）若电路完全对称，即：VoVi1RFR2RPR1Vi2输出电压与两个输入电压之差成正比。R1=R2，RF=RP，则：输出电压Vo：5.反相积分器当输入信号为一阶跃信号时，VoCR1RPViVi(t)=0,t<0E,t≥0三、实验电路设计集成运算放大器基本运算电路的设计，就是根据设计要求，选择合适的集成运放型号、确定电路结构及元件参数等的全过程。反相放大器、同相放大器、差动放大器等电路的设计原则基本类似。集成运放的选择根据处理信号的频率、幅度大小、精度要求来选择运放。主要从带宽、速度（转换速率）、失调电压电流、输入偏置电流等指标来选择。2.电路结构的选择根据电路功能、输入信号的特性和对输出信号的要求来选择电路结构。如同相或反相等。3.外电路元件参数确定在元件参数选择时，一般先根据电压增益要求确定RF与R1的比值，然后具体选择RF、R1的阻值。若对输入电阻

Ri没有明确要求，则先依据经验选取RF。选取原则：流过RF的电流应小于集成运放的最大输出电流（一般小于10mA），同时又要远大于集成运放的输入偏置电流IB。通常反馈电阻RF的取值在几十kΩ～几百kΩ之间，不宜过大或过小。因为RF过大、R1也大，输入失调电流流过上述电阻会在运放输入端产生较大的附加差模电压，引起较大的输出失调；另一方面，1MΩ以上的大电阻通常噪声大、稳定性差、精度低。若RF过小、R1也小，使输入电阻Ri过小，可能满足不了要求。设计一反相积分器电路，用来把方波变换成三角波。要求：输入方波幅度为2V、频率1KHz，输出三角波幅度为4V。(2)安装该积分器。(3)输入方波，用示波器双踪同时观察输入、输出波形，测量幅值和周期。记录波形，标出幅值电压和周期时间值。3.反相积分器的设计研究Vi(t)tVo(t)tt2V-2V-4V4V1ms2ms4.实验要求：每个实验电路的确定、外围元件参数的确定要有依据和计算过程。实验中运放统一使用μA741。电源电压使用±12V。电路连接安装好后，在实验开始前需要对运放调零。具体为：把输入端接地，调节调零电位器，使输出端电压为零。积分器在实际电路中，常在积分电容的两端并联一个电阻Rf，形成直流负反馈，用以限制电路的低频（直流）电压增益。VoCR1RPViRf当输入信号频率远大于：1/2πRfC时，Rf可认为开路，电路为基本积分器。但是Rf的接入将对积分电容C产生分流作用，从而导致误差。为了减小积分误差，一般要求：Rf>>R1，通常取Rf

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