浙江大学实验报告集成运算放大器应用电路研究

三墩职业技术学院实验报告

课程名称：电子电路设计实验

指导老师：成绩：__________________

实验名称：集成运算放大器应用电路研究实验类型：设计同组学生姓名：__________

一、实验目的二、实验任务与要求

三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路……）

四、主要仪器设备五、实验步骤与过程

六、实验调试、实验数据记录七、实验结果和分析处理

八、讨论、心得

一、实验目的

1、研究由集成运放构成的比例、加法、减法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。

2、研究放大电路增益带宽积与单位增益带宽的关系。

3、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、实验任务与要求

总体要求：

（1）实验电路的选择和外围元件参数的确定要有依据和计算过程。

（2）运放电源电压±（12~15）V。

（3）原始数据记录要详尽。

1、反相放大器的设计研究

（1）设计一反相放大电路，要求10||,10=Ω=v i A k R 。

（2）安装该电路，加1kHz 正弦信号，研究输入、输出信号的幅度、相位关系。 2、设计并安装一个算术运算电路，要求实现：)5.0(21i i o V V V +-=

1i V 用直流、2i V 用正弦信号在合适的幅度和频率范围内，进行验证并记录波形及参数。 3、增益带宽积研究

在合适的幅度和1kHz 的频率下，测出输出信号的峰峰值，然后逐渐加大频率，直至输出信号峰峰值变为原来的0.707倍，测下此时的电压。比较不同的反馈电阻（即不同增益）对上限截止频率的影响。

三、实验方案设计与实验参数计算 1、理论基础 （1）集成运放

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。

在运放输出端与输入端之间接不同的反馈网络，可实现不同用途的电路：信号放大、信号运算、信号处理（滤波、调制）、波形产生和变换等。

在分析或设计集成运放构成的电路时，通常可认为运放是“理想的”： 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、温漂等均为零

（2）理想运放在线性应用时的两个重要特性

“虚短”：即运放的两个输入端的电位“无限”接近，就像短路一样，但不是真正的短路；

“虚断”：即运放的两个输入端的偏置电流趋于0，就像断路一样，但不是真正的断路。 （3）增益带宽

运放可工作在零频率（即直流），因此其带宽BW 就等于其截止频率 fH 。增益越高，带宽越窄，增益带宽积Av ·BW=常数。当电压增益等于1时，对应的带宽称为单位增益带宽。运放增益给定时，其最高工作频率受到增益带宽积的限制，应用时要特别注意。 这一点对晶体管放大电路同样适用。只不过晶体管电路的增益带宽积比运放电路的大得多。

2、实验电路设计

实验一：反相比例放大器（电压并联负反馈）

放大倍数1

0R R

v v Av F i -==

=10 输入电阻1R R i ==10k Ω，输出电阻0=o R

i i

F o F P v R R

v R R R -==,||1。

得到Ω=k R F 100，Ω=ΩΩ=k R P 1.9100||10

实验二：利用反向权重加法器

)(

22

11i F i F o v R R

v R R v +-=，21||||R R R R F P = 为了得到)5.0(21i i o V V V +-=，

V o

R F

R P

R L

o

V i1 R F

R P

R 1 V

要求

212

15.05.01R R R R R

R R F F F ====，即， 令Ω=Ω=Ω==k R k R k R R P F 420,1021，则。在实际实验中，取Rp=3.9k Ω。

实验三：利用反向放大器电路

其中，ΩΩΩ=M k k R k R F 1,100,10101分别为Ω不变，

F P R R R ||1=。输入信号为幅度50mV 频率1kHz 的正

弦波，逐渐提高频率至幅度变为原来的0.707倍，

此时的频率即为上限截止频率。由于电路可以在直流状态下工作，所以可认为下限截止频率为0，即上限截止频率数值为增益带宽。

四、主要仪器

集成放大电路实验电路板，直流电压源，示波器，电脑。

五、实验数据

实验一：反相比例放大器 ①直流输入（DC 耦合）

输入信号Vi=0.800V，

输出信号Vo=-8.02V

|A|=10.03

②交流输入（AC耦合）

输入信号峰峰值Vp-pi=1.06V

输出信号峰峰值Vp-po=10.72V

|A|=10.11

③-40dB交流输入（AC耦合）

输入信号峰峰值Vp-pi=11.00mV

输出信号峰峰值Vp-po=0.116V

|A|=10.55

实验结论：无论是直流输入还是交流输入，反向比例放大器均可按比例放大输入信号。若是交流信号，则输出信号反向，即与输入信号相位差为π的奇数倍。

实验二：算术运算电路

①仿真电路图

②仿真结果

设置时域扫描，扫描结果如下

直流输入

Vi1=0.800V

交流输入

Vi2=0.524V

③实验结果

直流输入信号0.800V ，交流输入信号峰峰值1.048V ，输出信号峰峰值0.524V

实验结论：实验结果与仿真结果相符，该电路实现了)5.0(21i i o V V V +-=。输出信号与交流输入信号相位差π的奇数倍。

实验三 增益带宽积研究

①仿真：选择AC 扫描，测量输出信号衰减3DB 所对应的频率。（放大器选用LM741）

Rf

R1 Av BW Av ·BW 1 10k Ω 10k Ω 1 635.750k 635.75k 2 100k Ω 10k Ω 10 91.740k 917.40k 3

1M Ω

10k Ω

100

9.673k

967.30k

实验结论：

从第二组第三组实验可得增益带宽积大约为900k-1000k之间，而第一组实验数据明显偏差，可能是因为运放不是理想状态运行，存在输出电阻。当Rf变大，这种影响会变小。

②实验

10k10k

100k10k

1M10k

实验结论：在第一组第二组实验中，增益带宽积大致相等，为140k，但在反馈电阻为1MΩ的情况下，增益带宽积出现了较大偏差。其原因可能是运放不合适，也可能是1MΩ以上的大电阻噪声大、稳定性差的原因。

六、讨论、心得

通过本次放大电路设计实验，我学习了如何利用运算放大器搭建基本运算电路，加深了对集成运放电路特点的理解，学习了其设计方法。在实验中，需注意各个管脚不要接错接反；画波形图时需注意输入输出波形间的相位关系。在现实电路设计中，需要根据电路的条件，来选择合适的运放及输入电阻、反馈电阻，灵活运用基本运算电路，不然可能导致电路无法正常工作。

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