电工电子实验技术（下册）

电工电子实验技术（下册） 运算放大器的讲课课件卢庆利编写 EDA室卢庆莉编写

主要授课内容： 一、理想运算放大器概念二、理想运算放大器特性三、反相比例放大器四、同相比例放大器五、反相加法器六、同相相加器七、实验三十六运算放大器线性应用 EDA室卢庆莉编写

运算放大器 集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud可以达到上千。如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用十分广泛。为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想运算放大器。 EDA室卢庆莉编写

一、理想运算放大器概念 1.开环差模电压增益Aud→∞； 2.差模输入电阻Rid→∞ 3.差模输出电阻Rod→0 4. KCMR→∞ 5.输入失调电流IIO、失调电压UIO和它们的温漂均为零； 6.输入偏置电流IIB=0 7. 3dB带宽BW=∞ EDA室卢庆莉编写

(a)运算符号；(b)开环传输特性 运算放大器的两种基本反馈组态 1、运算放大器的开环传输特性 EDA室卢庆莉编写

说明 (1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的信号输出为同相放大。 (2)“−”表示反相输入端，表明从该端输入的信号输出为反相放大。 (3) 集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开环放大倍数非常大。 EDA室卢庆莉编写

二、理想运算放大器特性 1.“虚短”特性当运放工作在线性状态时，由于所以： 2.“虚断”特性当集成运放工作在线性状态时，所以： EDA室卢庆莉编写

三、反相比例放大器 虚地判断反馈类型：并联电压负反馈 EDA室卢庆莉编写

1．Auf 根据深负反馈的条件（或理想运放的虚断概念）可知：因此： EDA室卢庆莉编写

2、闭环传输特性 EDA室卢庆莉编写

2．闭环输入电阻Rif 根据虚地的概念得到： EDA室卢庆莉编写

3．闭环输出电阻Rof 理想运放Ro≈0，所以Rof=0 EDA室卢庆莉编写

四、同相比例放大器 判断反馈类型：串联电压负反馈 EDA室卢庆莉编写

1．Auf 根据深负反馈的条件（或理想运放的虚短概念）可知： EDA室卢庆莉编写

2、闭环传输特性 增加负反馈使线性范围增大 EDA室卢庆莉编写

若R1开路（或R1→∞）、R2=0，则Auf=1，称为电压跟随器。在实验室里，经常用电压跟随器来检测运放的好坏。 因为串联电压负反馈使输入电阻增大，输出电阻减小，所以闭环Rif=∞，Rof=0。 EDA室卢庆莉编写

五、反相加法器 EDA室卢庆莉编写

又因为 if=i1+i2+i3，则 EDA室卢庆莉编写

六、同相相加器 EDA室卢庆莉编写

实验三十六运算放大器线性应用电路 J1.设计一个反相比例放大器（一）设计技术指标 1）Au=20 2)Ri=1KΩ 3)Uopp≥1V （二）设计条件 1） Ec= ±9V 2) RL= 5.1KΩ EDA室卢庆莉编写

（三）设计 已知： EDA室卢庆莉编写

（四）测量 1)ui=0.1V(直流) EDA室卢庆莉编写

2)ui=0.1V(交流有效值) EDA室卢庆莉编写

J2.设计一个反相加法电路 一、设计技术指标 1）运算关系UO=-（5Ui1+2Ui2) 2)Ri1≥5KΩ , Ri2≥5KΩ。二、设计条件 1） Ec= ±9V 2) RL= 5.1KΩ EDA室卢庆莉编写

三、设计 UO=-（5Ui1+2Ui2) 已知： EDA室卢庆莉编写

四、测量 EDA室卢庆莉编写

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实验三十七运算放大器非线性应用电路 J1.设计一个方波发生器一、技术指标 1、电路结构要求 2、电路指标 (1)输出信号频率 f=750HZ (2)输出信号电压幅度为:Uo≧3V 图7-16 方波发生器 EDA室卢庆莉编写

3、设计条件 (1)电源电压为:±9V (2)负载阻抗 RL=10KΩ 4、分析 (1)R、C作为积分电路,即:定时电路. (2)从电路结构看,它由一个迟滞比较器和RC充放电电路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电路,RC作为定时电路. (3)电路的正反馈系数F为: EDA室卢庆莉编写

(4)电容器端电压随时间变化规律为 EDA室卢庆莉编写

充电放电 + + Uo=+Vz 强调: 在低频范围(如10HZ ～ 10KHZ)内,对于固定频率来说此电路是一较好的振荡电路.当振荡频率较高时,为了获得前后沿较陡的方波,以选择转换速率较高的运放为宜. (5)电路的工作原理 EDA室卢庆莉编写

二、设计过程 1、求R1和R2的值,可使F=0.47,则 T=2RC 又由于所以如果取R2=10K,则 R1=11K EDA室卢庆莉编写

2、求R ∵ f=750HZ, 取C=0.01uf ,则取R=68K EDA室卢庆莉编写

3、求R3 R3为稳压管的限流电阻. ∵Dz=3V, 其额定功率为0.5W,使用它时,一般取它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。这样可算出其额定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA,由手册上给出一般稳压管的IDzmax=10mA。因此，5V/10mA=500Ω=Rimin 。如取IDz=5mA,则R=5V/5mA=1K。如取IDz=5mA，则R=5V/8mA=0.625K,取R=620Ω。 EDA室卢庆莉编写

注: 讨论:① IDz大,则充电电流大,则产生的C(结电容小),输出矩形波的上升沿陡直. ② IDz小,则充电电流小,则产生的C(结电容大),输出矩形波的上升沿较缓. ③ IDz的取值在3mA～10mA范围,都可使稳压管正常工作.但由①和②的分析可知, IDz取得大一些,即:R3小一些为好。 EDA室卢庆莉编写

三、实际测量 EDA室卢庆莉编写

T1.设计一个文氏桥正弦波振荡器 技术指标要求： 1、电路结构要求 2、电路指标 (1)f=1KHZ (2)UO=1V 3、设计条件（1）电源电压为：±9V （2）负载电阻RL=10KΩ EDA室卢庆莉编写

4、原理分析 首先讨论正反馈网络： EDA室卢庆莉编写

令： RC串并联网络 EDA室卢庆莉编写

幅频特性和相频特性表达式为 其中 EDA室卢庆莉编写

根据相位起振条件求振荡频率ωOSC 根据相位平衡条件，当ω= ωO时，为正反馈。因此振荡频率为：当ω= ωO时，F=1/3。 EDA室卢庆莉编写

由振幅起振条件求开环增益A 将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器得到：A>3 因此： EDA室卢庆莉编写

通常R1或者Rf为热敏电阻。 起到外稳幅的作用： R1是正温度系数, Rf是负温度系数。稳幅过程： UO↑负反馈电流↑ T ↑ R1↑、Rf↓负反馈↑ UO↓ Rf和R1引入的电压串联负反馈有助于改善波形减小失真。文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，故得到了广泛的应用。 EDA室卢庆莉编写

电路中D1和D2的作用是什么？为使电路起振R3、RW和R4应满足什么条件？电路中D1和D2的作用是什么？为使电路起振R3、RW和R4应满足什么条件？正反馈支路负反馈支路稳定输出幅度电阻不能太大调节Auf使电路容易起振 EDA室卢庆莉编写

C1、C2、R1、R2 构成文氏桥电路，则有C1=C2， R1=R2 要求输出信号频率f=1KHZ,电路中取C1=C2=104Pf,则R=R1=R2，取15KΩ （103的电容→0.01µf) 要满足电路的起振条件，则要求：Au·Fu≧1 EDA室卢庆莉编写

则R4≈10rDr ,其中rDr为D1、D2内阻， （R4‖rDr ‖rDr ≈rDr）约为：几十～几百欧，则取R4=2.2KΩ。 R3≦1/2（RW+R4）取R3=10KΩ，RW=22KΩ电位器。 EDA室卢庆莉编写

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