集成运算放大器的基本运用电压比较器

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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

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

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

实 验 报 告

课程名称：

实验时间：

天津城建大学

控制与机械工程学院

一 实验目的： 1.掌握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，重点掌握积分器输入、输出 波形的测量和描绘方法。 二 实验设备和器材： 实验电子器件、直流稳压电源、直流稳压电源、数字万用表。 三 实验原理(电路): 1.比例运算电路 比例运算是应用最广泛的一种基本运算电路，可分为反相比例运算和同相比例运算。电路分别如 图 1 中(a)和(b)所示。

(a)反相比例运算

(c)反相求和运算

(b)同相比例运算 图1

(d)差分减法运算

2.反相求和运算 电路如图 1(c)所示。理想条件下，图 1(c)所示反相求和运算电路的输出电压与输入电压的关 系式为 UO=-RF/R1(Ui1+Ui2)

3.差分减法运算 电路如图 1(d)所示。理想条件下，图 1(d)所示差分减法运算电路的输出电压与输入电压的关 系式为u0 RF (ui 2 ui1 ) R1

四 实验内容(表格): 选择集成运放芯片，确定各电阻并连接电路，电阻一般选择 l0~lOOkΩ,同时注意电阻 R’的

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

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

第八章 运算放大器应用

§8.1 比例运算电路

8.1.1 反相比例电路 1. 基本电路

电压并联负反馈输入端虚短、虚断

特点：

反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强

要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。 如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M 2. T型反馈网络

虚短、虚断

8.1.2 同相比例电路

1. 基本电路：电压串联负反馈

输入端虚短、虚断

特点：

输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强

V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模 抑制比要求高 2. 电压跟随器

输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小

§8.2 加减运算电路

8.2.1 求和电路 1. 反相求和电路 虚短、虚断

特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系 2. 同相求和电路 虚短、虚断

8.2.2 单运放和差电路

8.2.3 双运放和差电路

例1:设计一加减运算电路

设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现

如果选Rf

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室： 机电学院 电子实验楼402室 2013年 12 月 13 日

学院 机械与电气年级、专12级、电气自工程学院 业、班 动化、电气121 姓名 陈海兵 学号 1207300045 实验课程名称 模拟电子技术实验 成绩 实验项目名称 由集成运算放大器组成的波形放大器 指导老师 陈虹 一、实验目的 1、 学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。 2、 学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。 二、实验原理 由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用最常用的，线路比较简单的几种电路加以分析。 1、 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器） 图11－1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。 电路的振荡频率 :fO

第四章集成运算放大电路

第一节学习要求

第二节集成运算放大器中的恒流源

第三节差分式放大电路

第四节集成电路运算放大器

第五节集成电路运算放大器的要紧参数

第六节场效应管简介

第一节学习要求

1. 掌握差不多镜象电流源、比例电流源、微电流源电路结构及差不多特性。

2. 掌握差模信号、共模信号的定义与特点。

3. 掌握差不多型和恒流源型差分放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉四种电路的连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。

4. 熟练分析差分放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。会计算A VD、R id、 R ic、 R od、 R oc、K CMR。

5．熟悉运放的要紧技术指标及集成运算放大电路的一般电路

结构。

学习重点：

掌握集成运放的差不多电路的分析方法

学习难点：

集成运放内部电路的分析

集成电路简介

集成电路是在一小块 P型硅晶片衬底上，制成多个晶体管 ( 或FET)、电阻、电容，组合成具有特定功能的电路。

集成电路在结构上的特点：

1. 采纳直接耦合方式。

2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象,采纳了温度补偿的手段 ----输入级是差放电路。

3. 大量采纳BJT或FET构成恒流源 ,代替大阻值R ,或用于设置静态电流。

4. 采纳复合管接法