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- 1、集成运算放大器的原理讲解：集成运算放大器的基本应用
- 2、集成运算放大器的原理讲解，运算放大器及其应用
1、集成运算放大器的原理讲解：集成运算放大器的基本应用
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 Aud=∞
输入阻抗 ri=∞
输出阻抗 ro=0
带宽 fBW=∞
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UO与输入电压之间满足关系式
UO＝Aud（U+－U－）
由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。
（2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝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R2＝R1 // RF。
2) 同相比例运算电路
图6－2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
3) 反相加法电路
电路如图6－3所示，输出电压与输入电压之间的关系为
4) 差动放大电路（减法器）
对于图6-4所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时， 有如下关系式
三、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
6、电阻器、电容器若干。
集成运算放大器μA741
四、实验内容及步骤
注意事项：实验前要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。
调零：对运放本身（主要是差分输入级）的失调进行补偿，保证运放闭环工作后，输出值更精准，即输入为0时，输出也为0。按图连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
调电位器RW，使Uo=0
调零实验演示图
1、反相比例运算电路
在反相端输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表6-1。
表6-1 Ui＝0.5V，f＝100Hz
反相比例运算电路实验演示图
2、同相比例运算电路
在同相端输入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表6-2。
表6－2 Ui＝0.5V f＝100Hz
同相比例运算电路实验演示图
3、 反相加法运算电路
1) 按图连接实验电路。调零和消振。
2) 输入信号采用直流信号（可调直流电源），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Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表6－3。
反相加法运算电路实验演示图-可调直流电源调整
4、减法运算电路
1) 按图连接实验电路。调零和消振。
2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表6－4。
表6－4
减法运算电路实验演示图
2、集成运算放大器的原理讲解，运算放大器及其应用
集成运算放大电路？
简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路，因首先用于于信号放大和仿真运算(加法，减法 乘法，除法，积分等)，故而得名。后来被广泛用于信号处理，信号变换，信号产生等各方面，因此在测量，控制和电子仪器仪表中占有十分重要的地位。
(一)基本组成
1.输入级：采用具有恒流源的差动放大电路，工作在小电流状态，输入阻抗较高。
2.中间级：总体增益主要是由中间级提供的，因此要求中间级有较高的电压放大倍数。中间级一般采用带有恒流源负载的共发射极放大电路，放大倍数通常在几千倍以上。
3.输出级：输出级应具有较大的电压输出幅度较高的输出功率与较低的输出电阻，并设有过载保护。
4.偏置电路：偏置电路为各级电路提供合适的静态工作点，也可以作为有源负载以提高电压增益。
(二)主要性能指标
1.开环差模电压放大倍数Ao，如100dB(105)
2.输入失调电压uio及其温漂，如2~9mV；7uV/℃
3.输入失调电流Iio及其温漂，如5~50nA；10pA/℃
4.输入偏置电流Iib，如90~250nA
5.差模输入电阻Rid，一般为几兆欧
6.输出电阻Ro：越小说明运放的带负载能力越强
7.共模抑制比KCMR：定义为差模放大倍数与共模放大倍数之比，如70dB，此值越大越好。
8.最大差模输入电压Vidm：max Vcc
9.最大共模输入电压Vicm：如0~28V(Vcc=30V)
10.-3dB带宽fH和单位增益带宽fc：如fH=700KHz；fc=1MHz
11.转换速率SR：SR=Δuo/Δt
(三)基本分析方法
理想运算放大器的主要特点
a.开环差模电压放大倍数无限大
b.输入阻抗无限大
c.输出阻抗为零
d.有无限大的带宽和转换速度
e.共模抑制比无限大
f.当反相输入端与同相输入端的输入信号相等时输出信号为零
分析集成运放的基本法则
a.可以认为反相输入端的电位与同相输入端的电位相等，这一概念被称为“虚短”
b.可以认为流入反相输入端及同相输入端的电流都为零，这一概念被称为“虚断“
c.由于“虚短“和“虚断“的概念，当运放有一个输入端经电阻接地时可以认为同相端和反相端的电位都为零，这一概念被称为“虚地“
d.当输入端有若干个输入信号同时存在时，其输出可以等于各个输入信号分别单独作用时的输出和
(四)典型基本运算放大电路
1.反相输入比例运算（放大）电路
取R2=R1//Rf，选取的原则是使反相输入端与同相输入端外接的直流通路等效电阻相同。图中同相端外接直流通路电阻为R2，反相输入端外接直流通路等效电阻为R1与Rf的并联值，故应使R2=R1//Rf。
2.同相输入比例运算（放大）电路
3.跟随电路
对于同相输入比例放大电路，当Rf=0（将Rf短路）或R1=无穷大（将R1开路）时，uo=ui。这种电路称为电压跟随电路，可以接为以下两种电路。
4.积分电路
积分漂移：实际积分器的特性可能与理想积分器的特性一致，其误差来源很多，如运放的开环增益有限；输入阻抗及带宽不为无穷大；失调电压与失调电流不为零；电容器存在漏电阻等。积分电路对于稳定的输入分量，由于电容器对稳态分量表现为开路特性，因此运放对于稳态分量相当于开环工作状态。这时输入端的微小失调漂移都将导致输出端的较大漂移，所以当输入信号为零时，仍会有缓慢变化的输出电压，这种现象称为积分漂移或爬行现象。为了克服积分漂移，可在电容两端并联一个电阻，此电阻的负反馈作用能较有效地抑制积分漂移现象。但此电阻的取值要慎重选择，否则会造成较大的积分误差。要求此电阻远大于R1，取R2=R1//R3。
克服积分漂移的积分电路
5.微分电路
实用微分电路
以下电路可以克服输出电压对输入信号的突变过于敏感，这样可以抑制高频干扰和噪声信号的干扰。在正常频率范围内，使R2<<1/ωC1，R1>>1/ωC2，则R2及C2的影响可忽略。而在高频情况下上述关系不存在，相反R2和C2的影响很显著，将导致运放的放大倍数明显下降，从而在一定程度上抑制了干扰。
6.加法电路
7.减法电路
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