运算放大器电路分析

运算放大器电路分析 所属院系: 机械工程学院 专 业: 机械工程及自动化 班 级: 机械09-4班 课程名称: 电工电子实习 目: 运算放大器电路 学生姓名: 吾木提?阿扎提 学生学号: 20092001448 指导老师: 马木提 吴老师 完成日期: 2012-7-3 实训设计题目:运算放大器的设计 求完成的内容:传感器输出的电信号很弱～常使用仪用放大器进行放大。该放大 器一般采用差分输入方式～能较好的抑制共模信号～且使输入电阻很大～再经电压 放大电路放大～即可完成一个基本的仪用放大器的设计。技术指标要求为: 反相～同向～反相加法运算放大器。积分与微分电路。使用的元器件要求 为:运算放大器,LM741或LM353,～电容～电阻等。 要求:,1,根据设计要求～确定电路的设计～计算并选取电路的元件参数。 ,2,分析、测量电路的相关参数～修改、复核～使之满足设计要求。 ,3,综合分析计算电路参数～满足设计要求后～认真完成设计。 指导教师评语: 评定成绩为: 指导教师签名: 年 月 日 2 运算放大器各电路分析 一、 设计目的: 1. 通过设计实验，全面掌握电路分析的内容、基本原理和概念。 2. 掌握元件模型对基本电路进行分析的方法。 3. 通过此试验掌握各种运算放大器的放大原理。 4. 了解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. 二、设计仪器和设备 1、计算机一台; 2、Multisim2001电路仿真软件; 三、设计题目: 1.自行设计运算电路图，选自合适的参数。应用万用表及示波器进行测量。输出数据并进行理论计算验证。 2.设计一个运算电路，在Multisim软件平台上自选元器件。 3(设计不同输入方式的运算电路并作出波形。 4.设计并测定输出电压。 四、设计原理: 运算放大器具有把输入信号放大的作用，利用Mulitisim软件可以清晰地将不同情况下运算放大器的放大效果通过输入输出波形反映出来，并且可以显示出其动态过程。 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 3 部接入不同的线性或非线性元器件组成输入或负反馈电路时，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、减法和积分等模拟运算电路。 理想运放在线性应用时有两个重要特征: (1)输出电压Uo与输入电压之间满足关系式: Uo=Avd( U+-U_) 由于Aud=?，而Uo为有限值，因此，U+-U_?0。称为“虚短”。 (2)由于ri=?，故流入运放两个输入端的电流可以视为0，即Ip=In?0，称为“虚断”.这说明运放对其前级吸取电流极小。 五、设计内容与步骤: (一)、同向比例运算放大电路: 1、设计电路图: 图 1 同向比例运算放大电路实验图 4 图2 同向比例运算放大电路输入输出波形 2、分析: 输入电压U1，输出电压 U0 理论上，U0=(1+R2/R1)U1=3U1; 当输入 U1=0.999634v时，理论上Uo1=2.998902v，而实际上Uo2=2.999 v， 故， Uo 3=Ui 由实验数据可得:理论与实际相吻合，此试验正确。 (二)、反向比例运算放大电路: 1、设计电路图: 5 图3 反向比例运算放大电路实验图 图4 反向比例运算放大电路输入输出波形 6 2、分析: 输入电压U1，输出电压 Uo 理论上，Uo=(-R2/R1)U1=-2U1; 当输入 U1=-0.998596v时，理论上Uo1=1.997192v，而实际上Uo2=2.001 v， 故， Uo1 =-2Uo2 由实验数据可得: 理论与实际吻合，此试验正确。 (三)、反向加法运算电路: 1、设计电路图: 图5 反向加法运算电路实验图 7 图6 反向加法运算输入v1、v2波形 8 图7 输出vo波形 2、分析: -(R3 / R1 v1+R3 / R2 输入电压v1、v2，输出电压 vo 理论上，vo=v2)=-(3v1+1.5v2); 当输入v1=999.125mv, v2=1.999mv时，理论上vo1=-3.00187v，而实际上 vo2=3.001v， 故， vo1= vo2 由实验数据可知:理论与实际相吻合，此试验正确。 9 体会: 本次实验用Multisim仿真软件对运算放大器电路分析，设计出了电路模型，也仿真出了正确的结果，并且得到了运算放大器电路有几个主要特征: 集成电路是利用氧化，光刻，扩散，外延，蒸铝等集成工艺，把晶体管，电阻，导线等集中制作在一小块半导体(硅)基片上，构成一个完整的电路。按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，其中集成电路运算放大器(线性集成电路，以下简称集成运放)是模拟集成电路中应用最广泛的，它实质上是一个高增益的直接 1( 单个元件精度不高，受温度影响也大，但元器件的性能参数比较一致，对称性好。适合于组成差动电路。 2( 阻值太高或太低的电阻不易制造，在集成电路中管子用得多而电阻用得少。 3( 大电容和电感不易制造，多级放大电路都用直接耦合。 4. 在集成电路中，为了不使工艺复杂，尽量采用单一类型的管子，元件种类也要少所以，集成电路在形式上和分立元件电路相比有很大的差别和特点。常用二极管和三极管组成的恒流源和电流源代替大的集电极电阻和提供微小的偏量电流，二极管用三极管的发射结代替 5( 在集成电路中，NPN管都做成纵向管，β大;PNP管都做成横向管，β小而PN结耐压高。NPN管和PNP管无法配对使用。对PNP管，β和(β+1)差别大，IB往往不能忽略。 10 结论: 通过本次实验对于仪用放大器有了一定的认识本电路的的主要特点是，低失调，地飘移和高稳定增益，高共模抑制比等特点，在仪用放大器中，、和为给定值，可变电阻来调节的电阻值，即可改变电压RRRRR24311 增益。按照自己的需要调节可调电阻，一定范围内随时改变电压增益，RAAv1v使用很方便。电路中，由两个性能一致的同相放大器并联构成平衡对称差动输入 而且共模输出，失调及漂移级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关， 均在两端互相抵消，因而电路具有良好的共模抑制能力，又不需要外部电阻匹R1 A配。若将为可调电阻，则电路具有增益调节能力。构成双端输入单端输出R31 输出级，进一步抑制共模信号，因此其选择应具有高共模抑制比。这种放大器精度高，稳定性好，所以，这种仪用放大器已有多种的单片集成电路产品，在测量系统中，精密仪器中应用很广。 集成运放电路由四部分组成，输入级是一个双端输入的高性能差动放大电阻，要求其Ri高，Aod大，KCMR大，静态电流小，该级的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，所以更新变化最多。中间级的作用是使集成运放具有较强的放大能力，故多采用复合管做放大管，以电流源做集电极负载。输出级要求具有线性范围宽，输出电阻小，非线性失真小等特点。偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。虽然这次实习中出现了误差，用软件等的有一些问题，但是在老师和同学们的热情帮助下，我们基本上顺利地完成了这次实习，因此我们对运算放大器的运用和作用有了更深刻认识。 11 12