模电实验运算放大器的应用实验报告

《电子线路设计、测试与实验》实验报告

实验名称： 院（系）： 专业班级： 姓名： 学号： 时间： 地点： 实验成绩： 指导教师：

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

类型 集成运算放大器 电位器 电阻 电容 型号（参数） 1kΩ 100kΩ 10kΩ 5.1kΩ 9kΩ 0.01μf 数量 1片 1只 2只； 3只； 1只； 1只 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

集成运算放大器实验报告

集成运算放大器是一种高性能多级直接耦合具有两个输入端、一个输出端的电压放大电路。具有高增益、高输入阻抗低输出阻抗的特点。通常，线性应用电路需要引入负反馈网络，构成各种不同功能的实际应用电路。

(a)μA741高增益运算放大器 （b） LM324四运算放大器

图2.4.2 典型的集成运放外引脚排列

1. 比例、加减、微分、积分运算电路设计与实验

1.1原理图

(a) 反相比例运算电路 (b) 同相比例运算电路

图1.1 典型的比例运算电路

(a) 反相求和运算电路 (b) 同相求和运算电路

图1.2 典型的求和运算电路

(a) 单运放减法运算电路 (b) 双运放减法运算电路

图1.3 典型的减法运算电路

图1.4 积分电路 图1.5 微分电路 图 1.6 实际微分电路（PID）

2.方波、三角波发生器 2.1原理图

图2.1 方波、三角波发生器

2.2理论分析(参照实验教材分析工作原理和周期、频率、幅度近似计算出以上结果) 2.2.1频率分析 2.2.2

集成运算放大器的应用实验报告

【摘要】：本题目关于放大器设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。

【关键字】：运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器word版本.

一、设计任务

使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a），实现下述功能：

使用低频信号源产生，的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1， uo1 如图1（b）所示， T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

（a）

（b）

图中要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2 经选频滤波器滤除uo1 频率分量，选出f0 信号为uo2，uo2 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2 信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压uo3。电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。

要求预留ui1、ui2、uo1、uo2 和uo3 的测试端子。

二、设计方

模电

2.7集成运算放大器的基本应用

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功能。

（2）掌握集成运算放大器的基本应用，为综合应用奠定基础。 （3）进一步熟悉仿真软件的应用。 二.实验原理及电路

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器件。当外部接入由不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活的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。

在大多数情况下，将运放视为理想的，即在一般地讨论中，以下三条基本结论是普遍适用的：

（1）开环电压增益AV 。

（2）运算放大器的两个输入端电压近似相等，即V V ，称为“虚短。

（3） 运算放大器同相和反相两个输入端的电流可视为零，即I I =0，称为“虚断”。

应用上述理想运算放大器三条基本原则，可简化运算放大器电路的计算，得出本次实验的结论。 1. 基本运算电路

（1） 反相比例运算电路。电路如图2.7-1所示。对于理想运算放大器，该电

路的输出电压与输入电压之间的关系为V0

RfR1

Vi

为了减小输入级偏执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。

2.7-1反

集成运算放大器的应用实验报告

【摘要】： 本题目关于放大器设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。

【关键字】：运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器

一、设计任务

使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a），实现下述功能： 使用低频信号源产生 ， 的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1， uo1 如图1（b）所示， T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

（a）

（b）

图中要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2 经选频滤波器滤除uo1 频率分量，选出f0 信号为uo2，uo2 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2 信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压uo3。 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它

集成运算放大器的应用实验报告

【摘要】： 本题目关于放大器设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。

【关键字】：运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器

一、设计任务

使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a），实现下述功能： 使用低频信号源产生 ， 的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1， uo1 如图1（b）所示， T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

（a）

（b）

图中要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2 经选频滤波器滤除uo1 频率分量，选出f0 信号为uo2，uo2 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2 信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压uo3。 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它

集成运算放大器的应用实验报告

【摘要】： 本题目关于放大器设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。

【关键字】：运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器

一、设计任务

使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a），实现下述功能： 使用低频信号源产生 ， 的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1， uo1 如图1（b）所示， T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

（a）

（b）

图中要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2 经选频滤波器滤除uo1 频率分量，选出f0 信号为uo2，uo2 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2 信号再经比较器后在1kΩ 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压uo3。 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它

模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程

2.1 集成电路运算放大器

2.2 理想运算放大器2.3 基本线性运放电路

2.4 同相输入和反相输入放大电 路的其他应用

模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程

2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元

图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图

模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程

2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元

图2.1.2 运算放大器的代表符号 (a)国家标准规定的符号 (b)国内外常用符号

模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程

2. 运算放大器的电路模型通常： 开环电压增益 Avo的≥105 (很高) 输入电阻

ri ≥ 106Ω (很大) 输出电阻

ro ≤100Ω (很小)

图2.1.3 运算放大器的电路模型

vO=Avo(vP-vN)

( V-< vO <V+ )

注意输入输出的相位关系

模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程

2. 运算放大器的电路模型当Avo(vP-vN) ≥V+ 时 vO= V+ 当Avo(vP-vN) ≤ V-时

实验八 集成运算放大器的应用——运算器

一、 实验目的

1. 熟悉集成运算放大器的性能和使用方法 2. 掌握集成运放构成基本的模拟信号运算电路 二、 实验原理

集成运算放大器是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的直流放大器。若外加反馈网络，便可实现各种不同的电路功能。例如，施加线性负反馈网络，可以实现放大功能，以及加、减、微分、积分等模拟运算功能；施加非线性负反馈网络，可以实现乘、除、对数等模拟运算功能以及其他非线性变换功能。

1. 反相放大器：

在理想的条件下，反相放大器的闭环电压增益为：AVF=

VOVI

= RF

1

R

2. 同相放大器：

在理想条件下，铜线放大器的闭环电压增益为：AVF=

VOVI

=1+RF

1

R

3.电压跟随器：当R1→∞时，AVF→1，同相放大器就转变为电压跟随器。它是百分百串联负反馈电路，具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压增益接近于

1的特点。 4.反相加法器：

在理想条件下，输出电压为：VO= RFVI1+RFVI2

1

2

RR

5.减法器：

在理想条件下，若R1=R2,RF=R3时，输出电压为：VO=RF VI2 VI1 ，若

1

R

RF=R1,,则VO=VI2-VI1,故此电路又称模拟减法器。 6.积分器：

7.微分器：

三、实验仪器

1.示波器一台

实验五 运算放大器的Hspice仿真

一、实验目的

1、进一步熟悉HSPICE网表及仿真语句。

2、学会使用Hspice调节并仿真电路，使电路达到相应要求。

二、实验内容

1、简单两级运算放大器的网表如下，根据网表画出电路图，标出各个元器件的尺寸。 V_Vp vdd 0 5V R_Rz vo1 1 rzv C_Cc 1 vo ccv C_CL 0 vo clv

C_Cb 0 vb 10p

R_Rb vb vdd 100k

M_U2 vo1 vip 2 0 NENH L=0.6u W=20u M=6 M_M1 3 3 vdd vdd PENH L=2u W=30u M=8 M_M3 vo vo1 vdd vdd PENH L=0.6u W=12u M=8 M_U1 3 vin 2 0 NENH L=0.6u W=20u M=6 M_U4 vo vb 0 0 NENH L=5u W=12u M=8 M_U5 vb vb 0 0 NENH L=5u W=12u M=1 M_U3 2 vb 0 0 N