一、 电路原理分析与计算

1. 反相比例运算电路

输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i-＝0，因此i1＝if。电路如图1所示，

word/media/image1_1.png

图1

根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-＝u+＝0。

由此可得： 2ba7c61980ade7ed07e14579269ff4e7.png

因此闭环电压放大倍数为：

fa4481cc79a13808a280152ef27d8e72.png

2. 同相比例运算电路

输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。电路如图2所示，

word/media/image4_1.png

图2

根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则

因此得： 1e2e20a0e8606704a69e088eb9c29e8b.png

开环电压放大倍数 0d098371dcfd5fd3451c7f3d866a9cc5.png　　　　　　

3. 反相输入加法运算电路

在反相输入端增加若干输入电路，称为反向输入加法运算电路。电路如图3所示，

word/media/image7_1.png

图3

计算公式如下，

bc7df32b618060d461f59c76b39fbe32.png

平衡电阻76b56d23ad1792f62eda6c156a8791a7.png,当c2a08581f0a862b75fff2dd4b4afeed7.png时，输出电压fb9e787dc081604325738ffe3c1f1967.png

4. 减法运算电路

减法运算电路如图4所示，输入信号eb5fcf3aaa04f76ebfced958680f5b76.png、df224ff05c34d0549ac8a408a0bb68e1.png分别加至反相输入端和同相输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。

word/media/image14_1.png

图4

输出电压为：

a5963c670b8ade89a1f22979422e2a90.png

当f8020b996b8e7c8724793d2f2c87b287.png时，输出电压1efeb4cfbbbd5be24b5d0c65ae57c425.png

5. 微分运算电路

微分运算电路如图5所示，

word/media/image18_1.png

图5

电路的输出电压为dbb7a9ca0875f01d193e791247c54399.png为：

88565be82682b79acdf2b76b3d236c63.png

式中，6b330a9345045d69f1cb140a30c122a0.png为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为bb8913cd17d59f182acc7be1020007b7.png,则6b330a9345045d69f1cb140a30c122a0.png的值必须满足：

8cdcb8aca9c25feab3973e9f8306e0f4.png

6. 积分运算电路

积分运算电路如图6所示，

word/media/image24_1.png

图6

其输出电压dbb7a9ca0875f01d193e791247c54399.png为：

bdb70068604278717985954524ae00af.png

式中，f51cc9ca375d46857e29dbf1afdac0e8.png为电路的时间常数。由于受到集成运放最大输出电压bb8913cd17d59f182acc7be1020007b7.png的限制，选择cda522d4353b166cc2dee84673307b4e.png、1a2ddc2db4693cfd16d534cde5572cc1.png参数3，其值必须满足：

2fe4a84db9bcaaba88d287c0ca13c3fc.png

7. 二阶低通滤波电路

二阶低通滤波电路如图7所示，

图word/media/image31_1.png7

滤波电路的传递函数为：

e777b2f40b36401884ec7a44efbca46f.png，91b6a52fff1c8a3c34f0821dd69b1308.png

通带增益 ebe486a2daea6d18c2b423b5fb79fe5f.png

固有角频率 eb41c55abc43d92aeb7a7d5fe5cb070e.png

品质因数 a86c2943b70d79a1f3ae66e9013ea79b.png

8. 二阶高通滤波电路

二阶高通滤波电路如图8所示，

word/media/image37_1.png

图8

滤波电路的传递函数为：

8181b726c9b4fa9963872fe44bdb7b2d.png

通带增益 ebe486a2daea6d18c2b423b5fb79fe5f.png

固有角频率 eb41c55abc43d92aeb7a7d5fe5cb070e.png

品质因数 775674050b81b107faf2b3d628e402ae.png

9. 二阶带通滤波电路

二阶带通滤波电路如图9所示，

word/media/image40_1.png

图9

带通滤波器的中心频率cae8a623cc417d219936676028e26d4f.png、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：

22068438b92e4b2091060e8babf341e3.png, 17faa5df18da6bc60ed9ceb8febec9d2.png，c0168e34f50371e56c90bf1e87bb72bf.png

式中，2edd1cd93b5803cc603a7c8654f3c2cb.png为同相比例放大电路的电压增益。同样要求6ba889b2633f25b0960edb7376d22f79.png必须小于3，电路才能稳定工作，当0e62c6cf1faf79596f5c103ae05b4673.png时，带通滤波器具有最大电压增益dc1a685b0e75dbff953ecf0132269775.png，其值为：

a5643e1fae3baef3d603a239b65122ea.png

10. 二阶带阻滤波电路

二阶带阻滤波电路如图10所示，

word/media/image50_1.png

图10

带阻滤波器的中心频率cae8a623cc417d219936676028e26d4f.png、等效品质因数Q以及同频带BW分别为：

22068438b92e4b2091060e8babf341e3.png，2f6f01002ba6c1f126ac20fdc1de415f.png，c0168e34f50371e56c90bf1e87bb72bf.png

式中，2edd1cd93b5803cc603a7c8654f3c2cb.png，为同相比例放大电路的电压增益。若936e7d79912b22b160274e7e216037ac.png，则828230a441d6cad88d4bb21af88f60e2.png，增加6ba889b2633f25b0960edb7376d22f79.png时，Q将随之升高。当6ba889b2633f25b0960edb7376d22f79.png趋近2时，Q趋向无穷大。而带阻滤波器的品质因数越大，阻带宽度越窄，其阻带特性越接近理想状态。

11. 过零电压比较电路

过零电压比较电路如图11所示，

word/media/image56_1.png

图11

令参考电平U=0，则输入信号730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png与零比较，当输入电压730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png过零时，比较器发生翻转。730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png>0，输出则为低电平；而730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png<0，输出则为高电平。这种电路可作为零电平检测器。该电路也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。

12. 滞回比较电路

滞回比较电路如图12所示，电路有两个阀值电压，输入电压730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png从小变大过程中使输出电压73ea8e50936ad9f0f76bcdaea0bc5ca8.png产生跃变的阀值电压37b4797e556e7ff254927bb4440e3d1f.png,不等于从大变小过程中使输出电压73ea8e50936ad9f0f76bcdaea0bc5ca8.png产生跃变的阀值电压6cac6387d9f5e931c23fd8048bac1b30.png，电路具有滞回性。

从集成运放输出端的限幅电路可以看出，dd607e17f409c66ee0f89959d373391a.png。集成运放反相输入端电位35c8a272a0ef604880f6e39b3568f640.png，同相输入电位

337351ba09fe280741b0fceb55e5abd3.png

令2d79c6849468677d8be3600b5e5b9f63.png，求出的52ba993764a03f7229b03b7ce072e414.png就是阀值电压，得

d1ac76defaefe99630c82903f6442176.png

word/media/image70_1.png

图12

当输入电压730b1d2ffece9a1c748a54cd0bb0e363.png与输出电压73ea8e50936ad9f0f76bcdaea0bc5ca8.png在E点合成的电压过零时，比较器发生翻转。

2227cae64fd291b9262c760ef064c108.png

电路翻转时0612e93d65abcdaeed533a0876474251.png=0，代入上式有：

26b8cf8a864f9fcf2f7cea78aac95c9a.png

13. 音响的音调控制电路

音响的音调控制电路如图13所示，

word/media/image75_1.png

图13

其实质是对放音通道频响特性实施控制。音调的控制不像音量控制,它只对某一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整个音频信号频率范围进行同步控制。

14. 半波整流电路

半波整流电路如图14所示，

word/media/image76_1.png

图14

由反相比例运算电路和二极管的性质可知，电路是通负值的交流电，当输入电压为正值时输出电压为0，当输入电压为正值是输出电压为：4919c1c729334164ac4d646e5fffe9a5.png

15. 全波整流电路

全波整流电路如图15所示，

word/media/image78_1.png

图15

全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。　全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。

16. 三运放构成的放大器电路

三运放构成的放大器电路如图16所示，

word/media/image79_1.png

图16

电路中，55114de014e9e2ad240c045ea836db62.png,1fee351503c2d2d5a59c319228ae9fdf.png，输出电压为：

63a029415025b5313f6022d8792e4688.png

当2c96d1b8858f073906e9e416e9a3ca03.png时，8c6d22ff6f63fc6711cfa315cb80b314.png中电流为零，输出电压为零。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。

二、 仿真结果

1. 反相比例运算电路按图1接好，仿真结果如图17所示。

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图17

2. 同相比例运算电路按图2接好，仿真结果如图18所示。

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图18

3. 反相输入加法运算电路按图3接好，仿真结果如图19所示。

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图19

4. 减法运算电路按图4接好，仿真结果如图20所示。

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图20

5. 微分运算电路按图5接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图21所示。

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图21

6. 积分运算电路按图6接好，输入100Hz/2V的方波，仿真结果如图22所示。

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图22

7.二阶低通滤波电路按图7接好，仿真结果如图23所示。

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图23

8.二阶高通滤波电路按图8接好，仿真结果如图24所示。

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图24

9. 二阶带通滤波电路按图9接好，仿真结果如图25所示。

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图25

10. 二阶带阻滤波电路按图10接好，仿真结果如图26所示。

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图26

11. 过零电压比较电路按图11接好，信号源输入2V/100Hz的正弦波，仿真结果如图27所示。

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图27

12. 滞回比较电路按图12接好，仿真结果如图28所示。

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图28

13.音响的音调控制电路按图13接好，输入100Hz，0.71V的信号，仿真结果如图29所示。

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图29

14.半波整流电路按图14接好，输入一个100Hz/100mV的信号，仿真结果如图30所示。

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图30

15.全波整流电路按图15接好，输入一个100Hz/100mV的信号，仿真结果如图31所示。

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图31

16.三运放构成的放大电路按图16接好，输入一个100Hz/100mV信号，仿真结果如图32所示。

图32

三、心得体会

在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.老师将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛.

通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.

在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。比如在做回转机构实验中，经老师检查，我们的时域图波形不太合要求，我首先是改变振动的加速度，发现不行，再改变采样频率及采样点数，发现有所改善，然后不断提高逼近，最后解决问题，兴奋异常。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式，电路图中，自己要学会思考。

四、参考文献

[1] 杨霓清. 高频电子线路实验及综合设计. 机械工业出版社. 2009.4

[2] 杨志忠. 电子技术课程设计. 机械工业出版社. 2008.7

[3] 朱庆欢，邓友娥 编. 电工电子技术实验. 暨南大学出版社. 2010.2

[4] 童诗白，华成英 编. 模拟电子技术基础。高等教育出版社. 2006.5

运算放大器16个基本运算电路