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内容概要:本文详细介绍了利用集成运算放大器构建各种模拟运算电路的理论背景及其实验步骤。文章涵盖了理想运算放大器的特点和基本原理,重点探讨了不同类型的运算电路设计方法,包括比例、加法、减法、积分等电路的设计及其工作原理,并通过具体的实例演示和仿真软件(Multisim)的应用加深理解和掌握程度。文中还讨论了‘虚短’‘虚断’等关键概念,并提供了具体的参数选择指导来优化电路性能。 适用人群:本篇文章适合正在学习或者从事电子工程相关领域的学生和技术爱好者阅读,特别是那些希望深入了解模拟电子技术中运算放大器基础知识的人群。 使用场景及目标:通过学习本篇教程可以帮助初学者快速入门运算放大器的实际应用技能,提高他们在实验室环境下独立完成复杂项目的能力;同时也可作为高级用户复习或深入探究某些特定主题(比如高频响应特性改进等)的重要参考资料。 其他说明:虽然本文强调了理论分析的重要性,但更加侧重于动手实践的部分,所有示例均配有详细的连线图和仿真流程,使读者能够亲手搭建并测试每一种提出的电路解决方案。此外,它也指出了理论预测值与实际测量数据间可能存在的偏差及其成因,有助于培养严谨求实的态度。
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1
实验五 集成运算放大器的基本运算电路
一、实验目的
1、学习使用 Multisim 软件,利用软件完成对模拟电路的仿真测试。
2、研究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。
3、正确理解运算电路中各元件参数之间的关系和“虚短”、“虚断”、“虚地”的概念。
二、设计要求
1、设计反相比例运算电路,要求|A
uf
|=10,R
i
≥10KΩ,确定外接电阻元件的值。
2、设计同相比例运算电路,要求|A
uf
|=11,确定外接电阻元件值。
3、设计加法运算电路,满足 U
0
=-(10U
i1
+5U
i2
)的运算关系。
4、设计差动放大电路(减法器),要求差模增益为 10,R
i
>40KΩ。
三、实验仪器
±12V 直流电源、函数信号发生器、交流毫伏表、直流电压表、集成运算放大器
电阻器、电容器若干。
四、实验原理
1、理想运算放大器特性
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。当外部接入不
同的元器件组成负反馈电路时,可以实现比例、加法、减法、积分、微分等模拟运算电路。
理想运放,是将运放的各项技术指标理想化,满足下列条件的运算放大器称为理想运
放。
开环电压增益 A
ud
=∞
输入阻抗 r
i
=∞
输出阻抗 r
o
=0
带宽 f
BW
=∞
失调与漂移均为零等。
理想运放在线性应用时的两个重要特性:
(1) 输出电压 U
O
与输入电压之间满足关系式
U
O
=A
ud
(U
+
-U
-
)
由于 A
ud
=∞,而 U
O
为有限值,因此,U
+
-U
-
≈0。即 U
+
≈U
-
,称为“虚短”。
(2) 由于 r
i
=∞,故流进运放两个输入端的电流可视为零,即 I
IB
=0,称为“虚断”。这说
明运放对其前级吸取电流极小。
上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则,可简化运放电路的计算。
2、基本运算电路
(1) 反相比例运算电路
电路如图 5.1 所示。对于理想运放, 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻 R
2
=R
1
// R
F
。
= -
F
O i
1
R
U U
R
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