集成运算放大器的作用实验报告

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

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

第1章 集成运算放大器

集成运算放大器也简称为“运放”，是一种十分理想的增益器件。它的工作特性非常接近于理想情况，实际工作性能也非常接近于理论计算水平。这表明利用集成运算放大器可以使电路设计变得非常简单。它可以广泛地应用于涉及模拟信号处理的各个领域。

由于集成运算放大器内部是由大量的晶体管组成的。考虑到晶体管电路的工作原理在后面章节中介绍，因此本章仅将运算放大器作为一个电路器件来对待。有关运算放大器内部电路的分析详见本书后面相关章节的相关内容。

本章主要介绍理想运算放大器的工作性能与端口特性，详细分析运算放大器的同相、反相及差分三种基本方式的工作原理与性能特点，熟悉运算放大器的基本应用与电路设计。通过本章的学习，读者可以掌握常用运放电路的分析，也可以自主设计放大电路。

1．1理想运算放大器的功能与特性 1．1．1运算放大器的电路符号与端口

从信号的观点来看，运算放大器有两个输入端和一个输出端。运算放大器的电路符号如图1-1-1(a)所示。其中端口1和端口2为输入端，端口3为输出端。

1 2 ∞ A 3 1 2 4 VCC ∞ A 3 (a) 5 -VEE (b)

图1-1-1 运算放大器的电路符号及端口

从供电的观点来看，大多数运算放大

2

集成运算放大器的基本运用

一．实验目的

1．了解集成运算放大器（?A 741）和集成电压比较器（LM393）的使用方法。

2．掌握由集成运放构成比例，加法，积分基本运算电路及其工作原理。 3．掌握文氏电桥正弦振荡电路的高速及频率测量方法。 4．了解迟滞电压比较器的特点及电压传输特性的测试方法。

5．熟悉用双踪示波器的扫描方法及X—Y工作方式测量波形的幅值，相位及电压传输特性。 二．实验仪器和器材 1．直流稳压电源 一台

2．交流正弦信号发生器 一台 3．双踪示波器 一台 4．器件

集成运放 ?A 741*1

双比较器 LM393*1 二极管 2CP10*1 稳压管 2CW13*2

电容 0.01?F*1 0.022?F*2

电阻 1KΩ*2 2KΩ*2 10KΩ*3 15KΩ*2 20KΩ*1 24KΩ*1 51KΩ*2 100KΩ*2 1MΩ*1 电位器 2.2KΩ*1

三．实验内容和步骤

1.比例运算

1按下图比例运算电路接线,测好电

实验十二 集成运算放大器（Ⅳ）

—电压比较器

一、实验目的

1. 掌握比较器电路的构成及电路特点。 2. 学习、掌握比较器的测试方法。

二、实验原理

电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。电压比较器的种类有：单限比较器、滞回比较器和窗口比较器。

1. 单限比较器

信号幅度比较就是将一个模拟量的电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近输出电压将产生跃变。单限比较器将输入信号ui和参考电压UREF进行比较，这时集成运放处于开环状态，具有很高的开环电压增益，当ui在参考电压UREF附近有微小的变化时，运放输出电压将会从一个饱和值过渡到另一个饱和值。我们把比较器输出电压uO从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压ui值称为“门限电压”或“阈值电压”Uth。

单限比较器电路只有一个阈值电压，输入电压ui逐渐增大或减小过程中，当通过Uth

时，输出电压uO产生跃变，从高电平UOH跃变为低电平UOL，或者从UOL跃变为UOH。单限比较器的电压传输特性见图12-1（a）。

当输入信号ui从同相端输入，参考电压UREF接在反相端，且只有一个门限电压，此种电路称为同相输入单门限电压比较器；而当输入信号ui从

姓名：周卫华同组人员：魏才盛实验日期：

实验名称：集成运算放大器的基本作用

一、实验目的

（1） 了解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作用，为综合运用奠定基础 （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。当外部介入有不

同的线性或者非线性元器件的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，颗组成比例、加法、减法、微分、对数和积分等模拟电路。 在大多数情况下，将运放视为理想的，可简化运算放大器电路计算，得出本次试验的结论：

（1） 开环电压增益Av??

（2） 运算放大器的俩个输入端电压近似相等，即V??V?，简称“虚短” （3） 运算放大器的输入端电流可视为零，I??I??0，称为“虚断” 1、 基本运算电路

（1） 反比例运算放大电路，电路如图所示，对于理想的运算放大器，该电路的

输出电压与输入电压之间的关系为：

V0??RfR1Vi

为了减少输入级偏置电流引起的运算误差，与同相端应接如平衡电阻R2?R1//Rf

（2） 同相比例放大器运算电路，如图所示，它的输出电压和输入电压

摘 要

摘 要

运算放大器是模拟集成电路中最重要的，通用的单元模块，增益和单位增益带宽是衡量运算放大器性能优劣的两个最重要的指标，长期以来不断地提高运放的增益和单位增益带宽指标一直是高性能运放设计的努力方向之一。同时随着便携式应用和生物医学应用的发展，低电源电压，低功耗模拟和混合信号集成电路的需求也会增大，所以，低电压低功耗的运算放大器设计也是非常必要的

本文对衬底驱动MOSFET技术进行了研究和分析，对不同结构的放大器电路进行了对比，在此基础上设计了一个输入级为衬底驱动的高带宽高增益运算放大器电路。运放采用两级结构，输入级为衬底驱动的差动输入对结构，有效避开了阈值电压的限制。

电路基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计，在1.8V的电源电压下采用Cadence Spectre软件进行仿真，并完成多种工艺角下的AC特性仿真。最终测得直流开环增益为81.08dB，单位增益带宽42.14MHz，相位裕度PM=65.93°，输出电压范围为273mV~1.59V，功耗为864μW。

关键词：模拟集成电路 衬底驱动 跨导运算放大器 高带宽高增益

ABSTRACT

ABSTRACT

Operational amplifier is the