1、電子技術(shù)項(xiàng)目教程，主要編輯：徐朝明，李震，副主編：姚華清，王平康，張青松，2020/8/6，1，3.2比例運(yùn)算電路制作與測(cè)試實(shí)訓(xùn)3-1:比例運(yùn)算放大器電路測(cè)試3.2.1理想運(yùn)算放大器3.2.2集成運(yùn)算放大器兩個(gè)工作區(qū)3.2.3比例運(yùn)算電路實(shí)訓(xùn)3-2。培訓(xùn)任務(wù)3.2比例運(yùn)算電路的制作和測(cè)試，2020/8/6，2。使用運(yùn)算放大器時(shí)，調(diào)零和相位補(bǔ)償是必須注意的兩個(gè)問(wèn)題。此外，應(yīng)注意同相端和反相端對(duì)地的DC電阻，以減少輸入端DC偏置電流引起的誤差。培訓(xùn)任務(wù)3.2比例運(yùn)算電路的制造和測(cè)試，2020/8/6，3，運(yùn)算放大器是一種具有高增益和高輸入阻抗的電壓放大器，具有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。如果在其輸出和輸入

2、之間增加一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)，就可以形成一個(gè)具有各種功能的電路。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性電路時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等模擬運(yùn)算。根據(jù)圖3.9，連接實(shí)驗(yàn)板上的電路。根據(jù)表3-1的要求進(jìn)行測(cè)量和記錄，學(xué)習(xí)3.2后計(jì)算并填寫(xiě)理論值(下同)。培訓(xùn)3-1:比例運(yùn)算放大器電路測(cè)試，2020/8/6，4，1電壓跟隨器，根據(jù)圖3.10在實(shí)驗(yàn)板上連接電路。按照表3-2的要求進(jìn)行測(cè)量和記錄。訓(xùn)練3-1:比例運(yùn)算放大電路測(cè)試，2020/8/6，5，2反比例放大電路，按圖3.11在實(shí)驗(yàn)板上連接電路。按照表3-3的要求進(jìn)行測(cè)量和記錄。訓(xùn)練3-1:比例運(yùn)算放大電路測(cè)試，2020/8/6，6，3同相比例放大電路，并按照?qǐng)D3.12將電路連

3、接在實(shí)驗(yàn)板上。按照表3-4的要求進(jìn)行測(cè)量和記錄。培訓(xùn)3-1:比例運(yùn)算放大器電路測(cè)試，在2020/8/6、7、4增加反相輸入放大電路，將電路連接在實(shí)驗(yàn)板上，如圖3-13所示。按照表3-5的要求進(jìn)行測(cè)量和記錄。培訓(xùn)3-1:測(cè)試比例運(yùn)算放大器電路，差分放大器電路2020/8/6、8、5，理想運(yùn)算放大器可以理解為實(shí)際運(yùn)算放大器的理想化模型，即理想化集成運(yùn)算放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以獲得理想的運(yùn)算放大器。即：(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大aod=；(2)差模輸入電阻RID=；(3)輸出電阻棒=0；(4)輸入失調(diào)電壓UIO=0，輸入失調(diào)電流IIO=0；輸入失調(diào)電壓的溫度漂移dIo/dT=0，輸入失調(diào)電流的溫度漂移d

4、Io/dT為0；(5)共模抑制比KCMR=；(6)輸入偏置電流IIB=0；(7)-3dB帶寬FH=；(8)無(wú)干擾或噪音。3.2.1理想運(yùn)算放大器，2020/8/6，9，集成運(yùn)算放大器的傳輸特性曲線如圖3.14所示。從圖中可以看出，集成運(yùn)算放大器有兩種應(yīng)用，即在線性區(qū)域工作和在非線性區(qū)域工作。3.2.2集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)工作區(qū)，2020/8/6，10.1運(yùn)算放大器在線性工作區(qū)的工作特性，3.2.2集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)工作區(qū)，線性工作區(qū)是指當(dāng)輸出電壓uo與輸入電壓ui成正比時(shí)的輸入電壓范圍。在線性工作區(qū)，集成運(yùn)算放大器的uo和ui之間的關(guān)系為：uo=Aod ui=Aod (u u)，其中Aod為

5、集成運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)差模電壓放大系數(shù)，U和u-分別為同相輸入端和反相輸入端的電壓。對(duì)于理想運(yùn)算放大器，aod=；Uo是一個(gè)有限值，所以在理想運(yùn)算放大器的輸入端有u -u-0，也就是u u，稱為“虛短路”。2020/8/6，11，1，運(yùn)算放大器工作在線性工作區(qū)3.2.2，因?yàn)槔硐脒\(yùn)算放大器的輸入電阻rid=等于，并且施加到運(yùn)算放大器輸入端的電壓是有限的，所以運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的電流為：i i 0，這被稱為理想運(yùn)算放大器輸入端的“虛斷”。2020/8/6，12，2，運(yùn)算放大器的特性當(dāng)理想運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)域時(shí)，因?yàn)閞id=ric=，并且輸入電壓總是有限的，所以無(wú)論輸入電壓是差模信號(hào)還是共模

6、信號(hào)，兩個(gè)輸入端的電流都是無(wú)窮小的，也就是說(shuō)，它們?nèi)匀粷M足“虛擬斷路”條件：0，i i 0。為了使運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)域，運(yùn)算放大器一般工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，也可以加入正反饋。2020/8/6/13，在線性應(yīng)用電路中，通常在電路中增加深度負(fù)反饋，使得運(yùn)算放大器在線性區(qū)域工作以實(shí)現(xiàn)各種功能。在分析集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路的過(guò)程中，實(shí)際的運(yùn)算放大器一般被視為理想的運(yùn)算放大器。只有當(dāng)需要研究應(yīng)用電路的誤差時(shí)，才會(huì)考慮實(shí)際運(yùn)算放大器特性的影響。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，14，1反比例運(yùn)算電路，(1)電路結(jié)構(gòu)輸入電壓ui通過(guò)電阻R1施加到反相輸入端U，非反相輸入端通過(guò)R接地輸出端和反相輸入端

7、間接反饋電阻RF，形成負(fù)反饋R3360平衡電阻R=R1/RF，(2)閉環(huán)電壓放大系數(shù)Auf由U決定。因此，U“虛地”，U，U，根據(jù)“虛短路”， 可以推導(dǎo)出：u=u=0，反相輸入端斷開(kāi)，可以得到負(fù)號(hào)表示輸入和輸出反相，是的，結(jié)束后，可以得到輸出和輸入的比值，3.2.3比例運(yùn)算電路，1反相比例運(yùn)算電路，即3.2.3比例運(yùn)算電路，1反相比例運(yùn)算電路，3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，17，R1=10k，射頻=20k，用戶界面=1v。 對(duì)于：uo，R應(yīng)該是什么？例，解，R，3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，18，2。同相比例運(yùn)算電路，也稱為同相放大器。(1)電路結(jié)構(gòu)輸入電壓ui通過(guò)電阻

8、R施加到非反相輸入端u，反相輸入端形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電阻R :平衡電阻r=R1/Rf，3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，19，可由“虛斷”推導(dǎo)出：i=0，所以u(píng)根據(jù)“虛短”，可推導(dǎo)出u=u ui，可由圖中得到。因此，輸出和輸入之間的比值可以在完成后獲得。顯然，同相比例運(yùn)算電路的輸出必須大于輸入。為了改善電路的對(duì)稱性，像反比例運(yùn)算電路一樣，平衡電阻R=R1/射頻，2。同相比例運(yùn)算電路，3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，20，如果R1=或Rf=0，uo=ui，此時(shí)，電路構(gòu)成電壓跟隨器。電壓串聯(lián)負(fù)反饋引入同相比例運(yùn)算電路，因此電路的輸入電阻很高，輸出電阻很低。3.2.3比例運(yùn)算電路，

9、2020/8/6，21，R1=10k，射頻=20k，用戶界面=1v。對(duì)于：uo，R應(yīng)該是什么？(1)反相輸入端：由電阻R(1和R2加上輸入信號(hào)ui1和ui2)組成，非反相輸入端：加上平衡電阻R R=RFR1R2引入深度負(fù)反饋(電壓并聯(lián)負(fù)反饋)，使運(yùn)算放大器在線性區(qū)域工作。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，22，2020 3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，23，3反相求和電路因此，u=u=地是可用的，并且每個(gè)電流被替換。如果取每個(gè)輸入電阻，則實(shí)現(xiàn)反相求和運(yùn)算，這可以從上述公式中獲得。它可以從“虛短路”得到，然后根據(jù)同相比例輸入電路，可以得到，根據(jù)對(duì)稱性要求，因此，在公式RP=R1

10、/R2/R3/R4，或在公式3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，25，4同相求和電路，如果加減電路可以分解為當(dāng)反相輸入端的信號(hào)作用時(shí)的等效電路和當(dāng)非反相輸入端的信號(hào)作用時(shí)的等效電路。疊加原理可以用來(lái)求解電路。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，27，5加減電路，圖3.21為4輸入加減電路。廣告疊加原理可以用來(lái)求解電路。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，28，5加減電路，逆和運(yùn)算電路，同相和運(yùn)算電路，如果R1/R2/射頻=R3/R4/R5，那么輸出電壓，因此，當(dāng)所有信號(hào)同時(shí)作用時(shí)輸出電壓。雙端輸入(或差分輸入)運(yùn)算電路由于電阻選擇和調(diào)整的不便而很少使用，通常采用兩級(jí)電路實(shí)現(xiàn)差

11、模信號(hào)比例運(yùn)算。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，30，5加減電路，例3-2已知的集成運(yùn)算電路如圖3.24所示。(1)嘗試推導(dǎo)uo1和uo的表達(dá)式。(2)當(dāng)R1=R5，R2=R4時(shí)，試著找出uo和ui之間的關(guān)系(讓ui=ui2-ui1)。3.2.3比例運(yùn)算電路，2020/8/6，31，5加減運(yùn)算電路，解決方案：(1)第一級(jí)電路是同相比例運(yùn)算電路，所以有，利用疊加原理，第二級(jí)電路的輸出，(2)當(dāng)R1=R5，R2=R4，有，3.2圖3.25所示為逆積分電路。電容C引入電壓分流負(fù)反饋，運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)域。集成電路也有“虛地”現(xiàn)象?？梢钥闯?，由于i1被代入uO表達(dá)式，電路實(shí)現(xiàn)了輸出電壓隨

12、時(shí)間與輸入電壓成比例的積分。公式中的比例常數(shù)R1C1稱為電路的時(shí)間常數(shù)。3.2.3比例運(yùn)算電路，6積分電路，3.2.3比例運(yùn)算電路，7微分電路，微分是積分的逆運(yùn)算，微分電路的輸出電壓是輸入電壓的微分，如圖3.27所示。圖中，R引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，使運(yùn)算放大器在線性區(qū)域工作。差分電路屬于反相輸入電路，因此也存在“虛地”現(xiàn)象。因?yàn)橥瑯?，該電路?shí)現(xiàn)了輸出電壓的微分，該微分與輸入電壓隨時(shí)間成比例。公式中的比例常數(shù)RC稱為電路的時(shí)間常數(shù)。為了保證電路的平衡，RP=R，3.2.3比例運(yùn)算電路，7。微分電路，實(shí)訓(xùn)3-2:比例運(yùn)算放大電路模擬測(cè)試，2020/8/6，36，1)反比例放大電路，實(shí)訓(xùn)過(guò)程：(1)根

13、據(jù)圖紙模擬電路，其中OPAMP_3T_BASIC是理想的(2)調(diào)整電位器Rp，填入表3-6中U2、U3、U4電壓表的值，并與理論估算值進(jìn)行比較。培訓(xùn)3-2:比例運(yùn)算放大器電路模擬測(cè)試，2020/8/6，37，1)反比例放大器電路，培訓(xùn)過(guò)程：(3)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為有效值為0.5伏的交流信號(hào)，并用虛擬示波器XSC1觀察輸入輸出波形。模擬測(cè)試的電路圖如圖3.25所示，模擬波形如圖3.26所示。訓(xùn)練3-2:比例運(yùn)算放大器電路的模擬測(cè)試，2020/8/6，38，1)反比例放大器電路，通過(guò)上述訓(xùn)練，可以得到如下結(jié)論：(1)輸入電壓在一定范圍內(nèi)，反比例放大器電路的輸出電壓值與輸入電壓值之比等于(用電阻等元件符號(hào)表示)，輸出電壓為(反/輸入電壓)。此時(shí)，輸出電壓值隨著/不隨著輸入電壓值的變化而變化。培訓(xùn)3-2:比例運(yùn)算放大器電路模擬測(cè)試，2020/8/6，39，2)加法電路，培訓(xùn)過(guò)程：(1)根據(jù)圖紙模擬電路。(2)根據(jù)表3-7，調(diào)整電位計(jì)Rp1和Rp2，填入表中三個(gè)電壓表U2、U3和U4的值，并與理論估算值進(jìn)行比較。培訓(xùn)3-2:比例運(yùn)算放大器電路模擬測(cè)試，2020/8/6，40，3)集成電路，培訓(xùn)過(guò)程：(1)根據(jù)圖紙模擬電路，其中XFG1為功能信號(hào)發(fā)生器。XFG1產(chǎn)生頻率為1千赫、占空比為50%和振幅為1V的方波。(2)用虛擬示波器XSC