1、實驗40 集成運放的應用模擬與分析單片集成運算放大器是一種重要的模擬集成電路產品，有著及其廣泛的應用。通過在集成運算放大器的輸入、輸出端連接適當的元器件即可實現加、減、積分、微分和對數等運算，這些運算電路的組合又可以實現乘法、除法功能。利用運放的反饋特性還可以作為正弦波、方波等信號的發生裝置。本實驗是在OrCAD軟件環境下，針對典型集成運算放大器A741的應用電路，進行模擬分析，旨在學習和了解集成運算放大器的主要參數和應用，為設計、制造和應用集成運算放大器奠定基礎。一、實驗原理1. 反相比例運算電路反相比例運算電路如圖40.1所示。輸入電壓ui通過電阻R作用于集成運放的反相輸入端，故輸出電壓u

2、o與ui反相。電阻Rf跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端，引入了電壓并聯負反饋。同相輸入端通過補償電阻R接地，以保證集成運放輸入級差分放大電路的對稱性；其值為ui=0（即將輸入端接地）時反相輸入端總等效電阻，即各支路電阻的并聯。uo與ui成比例關系，即 (40-1)因為電路引入了深度電壓負反饋，且1+AF=，所以輸出電阻Ro=0，電路帶負載后運算關系不變。2. 同相比例運算電路將反相比例運算電路中的輸入端和接地端互換，就得到同相比例運算電路，如圖40.2所示。電路引人了電壓串聯負反饋，故可以認為輸入電阻為無窮大，輸出電阻為零。即使考慮集成運放參數的影響，輸入電阻也可達109。uo與ui的運算關

3、系為 (40-2)應當指出，雖然同相比例運算電路具有高輸入電阻、低輸出電阻的優點，但因為集成運放有共模輸入，所以為了提高運算精度，應當選用高共模抑制比的集成運放。3. 電壓跟隨器在同相比例運算電路中，若將輸出電壓的全部反饋到反相輸入端，就構成圖40.3所示的電壓跟隨器。電路引人了電壓串聯負反饋，其反饋系數為1，故輸出電壓與輸入電壓的關系為uo=ui (40-3)理想運放的開環差模增益為無窮大，因而電壓跟隨器具有比射極輸出器好得多的跟隨特性。 圖40.1 反相比例運算電路 圖40.2 同相比例運算電路 圖40.3 電壓跟隨器電路4. 求和運算電路反相求和運算電路的多個輸入信號均作用于集成運放的反

4、相輸入端，如圖40.4所示。uo的表達式為 (40-4)當多個輸入信號同時作用于集成運放的同相輸入端時，就構成同相求和運算電路，如圖40.5所示。uo的表達式為 (40-5) 圖40.4 反相求和運算電路 圖40.5 同相求和運算電路5. 加減運算電路由于輸出電壓與同相輸入端信號電壓極性相同，與反相輸入端信號電壓極性相反，因而當多個信號同時作用于兩個輸入端時，就可以實現加減運算。如圖40.6所示為四個輸入的加減運算電路。該電路中包含了同相求和運算電路和反相求和運算電路，當所有輸入信號同時作用時，輸出電壓為 (40-6)當電路中只有兩個輸入，且參數對稱，則 (40-7)電路實現了對輸入差模信號的

5、比例運算。6. 積分運算電路圖40.7給出了積分運算電路圖，uO的表達式為 (40-8)7. 微分運算電路若將圖40.7所示電路中的電阻R和電容C的位置互換，則得到基本微分運算電路，如圖40.8所示。輸出電壓為 (40-9) 圖40.6 加減運算電路 圖40.7 積分運算電路 圖40.8 基本微分運算電路8. 對數運算電路圖40.9所示為采用二極管的對數運算電路，為使二極管導通，輸入電壓ui應大于零。輸出電壓為 (40-10)上式表明，運算關系與UT和IS有關，因而運算精度受溫度的影響；而且二極管在電流較小時內部載流子的復合運動不可忽略，在電流較大時內阻不可忽略；所以，僅在一定的電流范圍才滿足

6、指數特性。為了擴大輸入電壓的動態范圍，常用三極管取代二極管。9. 指數運算電路利用三極管的對數運算電路中的電阻和三極管互換，便可得到指數運算電路，如圖40.10。輸出電壓為 (40-11) 圖40.9 對數運算電路 圖40.10 指數運算電路二、實驗內容1. 采用集成運放A741、電阻等設計下列表達式的比例運算電路，A741供電電壓為15V，使用幅度1mV頻率1KHz的正弦波測試信號驗證設計方案，截取結果波形； (40-12)2. 采用集成運放A741、電阻等設計下列表達式的加法運算電路，A741供電電壓為15V，分別使用幅度為0.5mV、1mV頻率為1KHz的正弦波測試信號驗證設計方案，截取結果波形； (40-13)3. 采用集成運放A741、電阻等設計下列表達式的加減運算電路，A741供電電壓為15V，分別使用幅度為0.5mV、1mV、0.7mV頻率為1KHz的正弦波測試信號驗證設計方案，截取結果波形； (40-14)4. 采用集成運放A741、電阻等設計下列表達式的運算電路，A741供電電壓為15V，分別使用幅度為0.5mV、1mV、0.7mV頻率為1KHz的正弦波測試信號驗證設計方案，通過測試仿真結果驗證設計方案； (40-15)三、實驗思考題1. 在運放工藝過程中，對集成運放A741內部的差分輸入對管，有何技術要求，為什么？2. 實際運放與理想運放存在較大的