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集成运放的前置放大应用_郑宏军

集成运放的前置放大应用_郑宏军
集成运放的前置放大应用_郑宏军

集成运放的线性应用实验报告

、实验目的 1、掌握运放的线性工作区特点; 2、理解运放主要参数的意义; 3、掌握运放电路线性区分析测试方法; 4、掌握运算放大电路设计方法; 5、掌握半波整流电路分析设计方法; 二、实验仪器 1. 多功能函数发生器1 台 2. 数字示波器1 台 3. 数字万用表1 台 4. 模拟电子技术实验训练箱1 台 三、实验电路 反向电压放大器电路 电压跟随器电路

加法器电路积分器电路 半波整流器电路 四、工作原理 集成运放是高增益的直流放大器。若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络,则可以实现不同的电路功能。例如,施加线性负反馈,可以实现放大功能以及加、减、微分、积分等模拟运算功能,施加非线性负反馈,可以实现对数、乘、除等模拟运算功能以及非线性变换功能;施加线性或非线性反馈,或将正、负两反馈结合,可以实现产生

加法器电路积分器电路各种模拟信号

的功能。在使用集成运放时,要特别注意下列两个共性问题。首先,在输出信号中含有直流分量的应用场合下,必须考虑“调零”问题。第二,是相位补偿问题,不能让运算放大器产生自激现象,保证运放的稳定正常工作。此外, 为了见效 输入级偏置电流引起的误差,一般要求同相端和反相端到地直流电阻相等——保持输入端直流平衡。 五、实验内容与步骤 1、电压跟随器按图电路接线,输入信号由同相端引入,测取Vi ,Vo,探究 其关系。 2、反向电压放大器 按图电路接线,输入信号由反向端引入,测取Vi 、Vo,探究其有什么关系。

3、加法器 按如图电路接线。加入输入信号。然后分别给Vi1 、Vi2 两个电压值,并测Vi1 、Vi2 、Vo,分析其关系。 4、积分器 按电路接线输入方波信号,f=100-1000Hz ,用示波器观察Vo,并记录之。 5、半波整流电路 按图接线。输入信号为正弦波,f=100-1000Hz, 用示波器观察 Vo 的波形,并记录之

集成运放组成的运算电路 习题解答

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+-

集成运算放大器及其应用

第九章集成运算放大器及其应用(易映萍) 9.1 差分放大电路 9.2互补功率放大电路 9.3 集成运算放大电路 9.4 理想集成运放的线性运用电路 9.5 理想集成运放的非线性运用电路 习题 第九章集成运算放大器及其应用 9.1 差分放大电路 9.1.1 直接耦合多级放大电路的零点漂移现象 工业控制中的很多物理量均为模拟量,如温度、流量、压力、液面和长度等,它们通过不同的传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性连续信号,这些信号具有以下两个特点: 1.信号比较微弱,只有通过多级放大才能驱动负载; 2.信号变化缓慢,一般采用直接耦合多级放大电路将其放大。 u=0)时,人们在试验中发现,在直接耦合的多级放大电路中,即使将输入端短路(即 i u≠0),这种现象称为零点漂移(简称为零漂),如图输出端还会产生缓慢变化的电压(即 o 9.1所示。 (a)测试电路(b)输出电压u o的漂移 图9.1 零点漂移现象 9.1.2 零漂产生的主要原因 在放大电路中,任何参数的变化,如电源电压的波动、元件的老化以及半导体元器件参数随温度变化而产生的变化,都将产生输出电压的漂移,在阻容耦合放大电路中,耦合电容对这种缓慢变化的漂移电压相当于开路,所以漂移电压将不会传递到下一级电路进一步放

大。但是,在直接耦合的多级放大电路中,前一级产生的漂移电压会和有用的信号(即要求放大的输入信号)一起被送到下一级进一步放大,当漂移电压的大小可以和有用信号相当时,在负载上就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压,严重时漂移电压甚至把有效信号电压淹没了,使放大电路无法正常工作。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移,所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因,因而也称零点漂移为温度漂移,简称温漂,从某种意义上讲零点漂移就是静态工作点Q点随温度的漂移。 9.1.3抑制温漂的方法 对于直接耦合多级放大电路,如果不采取措施来抑制温度漂移,其它方面的性能再优良,也不能成为实用电路。抑制温漂的方法主要由以下几种: (1)采用稳定静态工作的分压式偏置放大电路中Re的负反馈作用; (2)采用温度补偿的方法,利用热敏元件来抵消放大管的变化; (3)采用特性完全相同的三极管构成“差分放大电路”; 9.1.4 差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。直接耦合的多级放大电路的组成框图如图9.2所示。 图9.2 多级放大的组成框图 A倍后传送到负载上,对电路造从上图可知输入级一旦产生了温漂,会经中间级放大 u2 A≈1,对电路造成的成严重的影响,而中间级产生的温漂,由于直接到达功放级而功放的 u 影响跟输入级相比少得多,所以,我们主要应设法抑制输入级产生的温漂,故在直接耦合的多级放大电路中只有输入级常采用差分放大电路的形式来抑制温漂。 9.1.4.1 差分放大电路的组成及结构特点 一.电路组成 差分放大电路如图9.3所示。

集成运放电路的设计

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

集成运放线性应用

实训九 集成运放的线性应用 内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路 一、实训目的 1.掌握集成运算放大器的使用方法。 2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。 3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。 二、实训测试原理 1. 反相放大电路 电路如图(1)所示。输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端,输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端,构成电压并联负反馈。 根据“虚断”概念,即i N =i p ,由于R 2接地, 所以同相端电位U p =0。又根据“虚短”概念可知,U N =U p ,则U N =U p =0,反相端电位也为零。但反相端又不是接地点,所以N 点又称“虚地”。则有 f 1i i =,1i = 1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1 f R R i U 。 运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻,其大小为R 2=R 1∥R f 。 图(1) 反相放大电路 图(2) 同相放大电路 图(3) 电压跟随器 2. 同相放大电路 电路如图(2)所示。输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端,输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端,构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念,有N P i U U U ==,i N =i P =0;则得i 1f 0)1(U R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器,如图(3)。

三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表 3.示波器 四、实训器材 1. 集成块μA741(HA17741) 2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2 3. 电位器1KΩ×1 五、实训电路 图(3)反相比例运算实训电路 图(4)同相比例运算实训电路 六、测试步骤及内容 1. 反相比例运算实训

运算放大器应用设计的技巧总结

运算放大器应用设计的几个技巧 一、如何实现微弱信号放大? 传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路,在这种应用中,一个典型的问题是传感器提供的电流非常低,在这种情况下,如何完成信号放大?张世龙指出,对于微弱信号的放大,只用单个放大器难以达到好的效果,必须使用一些较特别的方法和传感器激励手段,而使用同步检测电路结构可以得到非常好的测量效果。这种同步检测电路类似于锁相放大器结构,包括传感器的方波激励,电流转电压放大器,和同步解调三部分。他表示,需要注意的是电流转电压放大器需选用输入偏置电流极低的运放。另外同步解调需选用双路的SPDT模拟开关。 另有工程师朋友建议,在运放、电容、电阻的选择和布板时,要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。有网友对这类问题的解决也进行了补充,如网友“1sword”建议: 1)电路设计时注意平衡的处理,尽量平衡,对于抑制干扰有效,这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。 2)推荐加金属屏蔽罩,将微弱信号部分罩起来(开个小模具),金属体接电路地,可以大大改善电路抗干扰能力。 3)对于传感器输出的nA?级,选择输入电流pA?级的运放即可。如果对速度没有多大的要求,运放也不贵。仪表放大器当然最好了,就是成本高些。 4)若选用非仪表运放,反馈电阻就不要太大了,M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大,中间加入简单的高通电路,抑制50Hz干扰。 二、运算放大器的偏置设置 在双电源运放在接成单电源电路时,工程师朋友在偏置电压的设置方面会遇到一些两难选择,比如作为偏置的直流电压是用电阻分压好还是接参考电压源好?有的网友建议用参考电压源,理由是精度高,此外还能提供较低的交流旁路,有的网友建议用电阻,理由是成本低而且方便,对此,张世龙没有特别指出用何种方式,只是强调双电源运放改成单电源电路时,如果采用基准电压的话,效果最好。这种基准电压使系统设计得到最小的噪声和最高的PSRR。但若采用电阻分压方式,必须考虑电源纹波对系统的影响,这种用法噪声比较高,PSRR比较低。 三、如何解决运算放大器的零漂问题? 有网友指出,一般压电加速度传感器会接一级电荷放大器来实现电荷——电压转换,可是在传感器动态工作时,电荷放大器的输出电压会有不归零的现象发生,如何解决这个问题? 对此,网友“Frank”分析道,有几种可能性会导致零漂:1)反馈电容ESR特性不好,随电荷量的变化而变化;2)反馈电容两端未并上电阻,为了放大器的工作稳定,减少零漂,在反馈电容两端并上电阻,形成直流负反馈可以稳定放大器的直流工作点;3)可能挑选的运算放大器的输入阻抗不够高,造成电荷泄露,导致零漂。 网友“camel”和“windman”还从数学分析的角度对造成零漂的原因进行了详细分析,认为除了使干扰源漂移小以外还必须使传感器、缆线电阻要大,运放的开环输入阻抗要高、运放的反馈电阻要小,即反馈电阻的作用是为了防止漂移,稳定直流工作点。但是反馈电阻太小的话,也会影响到放大器的频率下限。所以必须综合考虑! 而嘉宾张世龙则建议,对于电荷放大器输出电压不归零的现象,一般采用如下办法来解决: 1)采用开关电容电路的技巧,使用CDS采样方式可以有效消除offset电压;2)采用同步检测电路结构,可以有效消除offset电压。

集成运放基本应用之一—模拟运算电路

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 -=

集成运算放大器的基本应用

实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法,重点掌握积分输入,输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只;10k Ω 3只;5.1k Ω 1只;9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值,以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示,设组件LM324为理想器件,则 11 0υυR R f -=

R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈,图中1//R R R f ='。 由上式可知,改变电阻f R 和1R 的比值,就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑: ○ 1根据增益,确定f R 与1R 的比值,因为 1 R R A f vf - = 所以,在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑;若f R 太大,则1R 亦大,这样容易引起较大的失调温漂;若f R 太小,则1R 亦小,输入电阻if R 也小,可能满足不了高输入阻抗的要求,故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求,则可根据1R R i =先确定1R ,再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻,可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响,一般取1//R R R f =',由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈,其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示,当运算放大器开环增益足够大时,其输入端为“虚地”,11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流,实现代数相加,其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度,除尽量选用精度高的集成运算放大器外,还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理,图中的21////R R R R f ='。

集成运算放大器的应用实验报告

集成运算放大器的应用实验报告一、实验目的 1.了解运算放大器的特性和基本运算电路的组成; 2.掌握运算电路的参数计算和性能测试方法。 二、实验仪器及器件 1.数字示波器; 2.直流稳压电源; 3.函数信号发生器; 4.数字电路实验箱或实验电路板; 5.数字万用表; 6.集成电路芯片uA741 2块、电容0.01uF2个,各个阻值的电阻若干个。 三、实验内容 1、在面包板上搭接μA741的电路。首先将+12V和-12V直流电压正确接入μA741的Vcc+(7脚)和Vcc-(4脚)。 2、用μA741组成反比例放大电路,放大倍数自定,用示波器观察输入和输出波形,测量放大器的电压放大倍数。 3、用μA741组成积分电路,用示波器观察输入和输出波形,并做好记录。 四、实验原理 (1)集成运放简介 集成电路运算放大器(简称集成运放或运放)是一个集成的高增益直接耦合放大器,通过外接反馈网络可构成各种运算放大电路和其它应用电 路。集成运放uA741

uA741电路符号及引脚图 任何一个集成运放都有两个输入端,一个输出端以及正、负电源端,有的品种还有补偿端和调零端等。 (a )电源端:通常由正、负双电源供电,典型电源电压为±15V 、 ±12V 等。如:uA741的7脚和4脚。 (b )输出端:只有一个输出端。在输出端和地(正、负电源公共端)之间获得输出电压。如:uA741的6脚。最大输出电压受运放所接电源的电压大小限制,一般比电源电压低1~2V ;输出电压的正负也受电源极性的限制;在允许输出电流条件下,负载变化时输出电压几乎不变。这表明集成运放的输出电阻很小,带负载能力较强。 (c )输入端:分别为同相输入端和反相输入端。如:uA741的3脚和2脚。输入端有两个参数需要注意:最大差模输入电压V id max 和最大共模输入电压 V ic max 。 两输入端电位差称为“差模输入电压”V id :id V V V +-=- 。 两输入端电位的平均值,称为“共模输入电压”V ic : 任何一个集成运放,允许承受的V id max 和V ic max 都有一定限制。 两输入端的输入电流 i + 和 i - 很小,通常小于1?A ,所以集成运放的 输入电阻很大。 (2)集成运放的主要参数 集成运放的主要参数有:输入失调电压、输入失调电流、开环差模电压放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻、增益-带宽积、转换速率和最大共模输入电压。其中最重要的是增益-带宽积、转换速率和最大共模输入电压三个参数,在应用集成运放时应特别注意。

集成运算放大器

成绩评定表

课程设计任务书

摘要 本设计是根据要求进行的集成运算放大器的设计,用Protel软件设计实验电路,并绘制出PCB电路板,根据电路图对设计进行制作,最后进行调试测试。通过对Protel软件的学习与应用,加深对相关原理的理解,并对protel软件有初步的认识和一定的操作能力,为后续相关课程和相关软件的学习与应用打下坚实的基础。并根据通信电子线路所学的知识,掌握电路设计,熟悉电路的制作,运用所学理论和方法进行一次综合性设计训练,从而培养独立分析问题和解决问题的能力。根据相关课题的具体要求,按照指导老师的指导,进行具体项目的设计,提高自己的动手能力和综合水平。 本设计采用LM324芯片,它是一个四运算放大器的基本电路,在四运算放大器电路中起到了至关重要的作用。通过LM324芯片与其他相关电子元件的组合,画出调制与解调电路图,并完成PCB电路的绘制,完成课题的设计,可以算是对自我综合能力的一次有益尝试。 关键字:Protel、PCB、LM324、四运算放大器

目录 1 Protel的简要介绍 (5) 1.1 Protel的发展历史 (5) 1.2 Protel99SE简介 (5) 2 设计任务及要求 (6) 2.1设计任务 (6) 2.2设计要求 (6) 3 电路原理介绍 (7) 3.1 反向运算放大器 (7) 3.2 反向加法器 (7) 3.3 差动运算放大器 (7) 3.4积分器电路 (8) 4 原理图设计 (10) 4.1电路元件明细表 (10) 4.2 绘制原理图 (10) 4.3 元件生成清单 (12) 5 印刷版图的绘制 (12) 5.1 准备电路原理图和网络表 (12) 5.2 创建PCB文件以及网络表的装入 (15) 5.3 元件的布局以及印刷板的布线 (15) 6收获和体会 (16) 7 主要参考文献 (17)

实验四集成运算放大器的基本应用

实验四集成运算放大器 的基本应用 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

实验四 集成运算放大器的基本应用 ――― 模拟运算电路 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、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。 1.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。 2.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。 3.基本运算电路 (1) 反相比例运算电路 电路如图7-1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 。 (2) 反相加法电路 电路如图7-2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 i 1 F O U R R U -=

实验 集成运算放大器的基本应用

实验集成运算放大器的基本应用(Ⅱ)——有源滤波器 一、实验目的 1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。 2、学会测量有源滤波器的幅频特性。 二、实验原理 (a)低通(b)高通 (c) 带通(d)带阻 图9-1 四种滤波电路的幅频特性示意图 由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器,其功能是让一定频率范围内的信号通过,抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面,但因受运算放大器频带限制,这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的选择不同,可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器,它们的幅频特性如图9-1所示。 具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的,只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说,滤波器的幅频特性越好,其相频特性越差,反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快,但RC网络的节数越多,元件参数计算越繁琐,电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。 1、低通滤波器(LPF) 低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。 如图9-2(a)所示,为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成,其中第一级电容C接至输出端,引入适量的正反馈,以改善幅频特性。 图9-2(b)为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

(a)电路图 (b)频率特性 图9-2 二阶低通滤波器 电路性能参数 1 f uP R R 1A + = 二阶低通滤波器的通带增益 RC 2π1 f O = 截止频率,它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP A 31 Q -= 品质因数,它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 2、高通滤波器(HPF ) 与低通滤波器相反,高通滤波器用来通过高频信号,衰减或抑制低频信号。 只要将图9-2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换,即可变成二阶有源高通滤波器,如图9-3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反,其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系,仿照LPH 分析方法,不难求得HPF 的幅频特性。 (a) 电路图 (b) 幅频特性 图9-3 二阶高通滤波器 电路性能参数A uP 、f O 、Q 各量的函义同二阶低通滤波器。 图9-3(b )为二阶高通滤波器的幅频特性曲线,可见,它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。 3、 带通滤波器(BPF )

运算放大器应用电路的设计与制作

运算放大器应用电路的设计与制作 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。 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。 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: 图4 同相比例电路电路图 i 1 f O U R R U -=

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。 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K CMRR = A A od,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160dB 。 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

模电实验八集成运放基本应用之一 模拟运算电路实验报告

实验八集成运放基本应用之 ---- 模拟运算电路班级:姓名:学号:2015. 12. 30 1、研究由集成运算放人电路组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2、了解运算放人电路在实际应用时应考虑的一些问题。 二、实验仪器及器件 三、实验原理 1、反相比例运算电路 电路如图8—1所示。 图8-1反相比例运算电路 2.反相加法电路 电路如图8-2所示。

图8-2 反相加法电路V o = -(字+ 字《2)R3=R I// R:// R F R] 3、同相比例运算电路 电路如图8-3(a)所示。 图8-3(a)同相比例运算电路图8-3(b) 电压跟随器V o = (1 + 字)V,R尸R I〃R F 肖8时,v°=V,即得到如图8-3(b)所示的电斥跟随器。4、差分放兴电路(减法电路) 电路如图8—4所示。

图8-4 减法运算电路 5、积分运算电路 电路如图8-5所示。 图8-5 枳分运算电路 坯")=一為f Vc(O) 如果v@)是幅值为E的阶跃电斥,并设v c(0>0,则 vM = ~^cf0Edt = ~^c l 实验前要看清运放组件各管脚的位置:切忌止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) 按图8—1连接实验电路,接通±12V电源,输入端对地短路,进行调冬和消振。

2)输入fMOOHz, Vi=O?5V的d ;号,测量相应的V。并用示波器观察%和可的相h 乩记入表8—1。 1) 按图8-3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1,将结果记入表8-2o 2) 按图8-3(a)中的Ri断开,得图8-3(b)电路重复内容1)。 1) 按图8-2连接实验电路。调零利消振。 2) 输入信号釆用直流信号,图8-6所示电路为简易直流信号源,由实验者自行完成。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V, V辽及输出电压Vo,记入表8—3。 +5V 图8-6简易可调直流信号源

实验四集成运算放大器的基本应用

实验四 集成运算放大器的基本应用 ――― 模拟运算电路 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、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 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 。 (2) 反相加法电路 电路如图7-2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7-3(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 i 1 F O U R R U -=

当R 1→∞时,U O =U i ,即得到如图7-3(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 (4) 差动放大电路(减法器) 对于图7-4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 (1 (2 U 和 2、同相比例运算电路 (1)按图7-3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1,将结果记入表7-2。 (2) 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。和U i的相位关系,记入表7-2。 3、反相加法运算电路 (1)按图7-2连接实验电路。调零和消振。 (2)从2个-5v~+5v的直流电源分别输入自拟的电压作为U i1和U i2 输入信号,测量输 出电压U ,分别填入表7-3中。 4、减法运算电路

模拟电子技术课程习题 第七章 集成运放的应用

第七章集成运放的应用 7.1在下列描述中错误的是[ ] A 级联放大器的带宽比各级放大器带宽小 B 负反馈的引入可以起到展宽放大器频带的作用 C 集成运算放大器电路中广泛采用了以电流源为负载的放大器结构 D 理想运放在线性与非线性工作区均有虚断、虚短两个重要特性 7.2在输入信号从极小到极大的一次变化过程中,迟滞比较器的输出会发生[ ]次翻转。 A 0 B 1 C 2 D 3 7.3希望抑制1KHz以下的信号,应采用的滤波电路是[ ] A.低通滤波电路 B. 高通滤波电路 C.带通滤波电路 D. 带阻滤波电路 7.4有用信号频率为7Hz,应采用的滤波电路是[ ] A.低通滤波电路 B. 高通滤波电路 C.带通滤波电路 D. 带阻滤波电路 7.5 填空 1.比例运算电路的输入电流基本上等于流过反馈电阻的电流,而比例运算电路的输入电流几乎等于零。(同相,反相) 2.反相比例放大电路的输入电阻较,同相比例放大电路的输入电阻较。(高,低) 3.在进行反相比例放大时,集成运放两个输入端的共模信号u IC = ;若 同相输入端接u 1,则由集成运放组成的比例放大电路的共模信号u IC = 。 7.6 试从 a.低通滤波电路,b.高通滤波电路,c.带通滤波电路,d.带阻滤波电 路四种电路名称中选择一种填写下列各空; 1.在理想情况下,在f=0和f→∞时的电压放大倍数相等,且不为零; 2.在f=0和f→∞时,电压放大倍数都等于零。 3.的直流电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。 4.在理想情况下,在f→∞时的电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。 7.7 在负反馈运算放大电路的三种输入方式(a.反相输入,b.同相输入,c.差动输入)中,选择合适的方式填入下面的空格。(以下各题均只在单个运放电路且反馈网络为线性电阻的范围内讨论问题)

集成运放及应用

1.集成运算放大器的主要应用 集成运算放大器的两个输入端分别为同相输入端u P 和反相输入端u N ,这里的“同相”和“反相”是集成运算放大器的输入电压与输出电压u o 之间的相位关系,其符号及外观如图1.1所示。从外部看,可以认为集成运算放大器是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数A od 、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温漂的差动放大电路。 集成运算放大器加上负反馈回路,使其具有各种各样的特性,实现各种各样的电路功能。集成运算放大器的主要应用: DC 放大器----DC ~低频信号的放大。 音频放大器----数十H Z ~数十kH Z 的低频信号的放大器。 视频放大器----数十H Z ~数十MH Z 的视频信号的放大器。 有源滤波器----低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。 模拟运算----模拟信号的加法、减法、微分、积分等运算。 信号的发生和转换----正弦波振荡电路、矩形波发生电路、电压比较器、电压—电流转换电路等。 2.集成运算放大器的主要性能指标 (1) 开环差模增益A od 在集成运算放大器无外加反馈时的差模放大倍数称为开环差模增益,记作A od 。A od =△u o /△(u P -u N ),常用分贝(dB )表示,其分贝数为20lg|A od |。通用型集成运算放大器A od 通常在105左右或用102V/mV 表示,即100dB 左右。 (2)共模抑制比K CMR 共模放大倍数A oc 如图2.1所示,A oc =△u o /△u ic 。 共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数A oc 之比的绝对值,即K CMR =|A od /A oc |,常用分贝表示,其数值为20lg K CMR 。K CMR 越大越好,K CMR 越大对温度影响的抑制能力就越大。 图1.1 集成运算放大器 的符号及外观 图2.1 共模放大倍数

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