创新课程设计

题目：

班级： 学号：

姓名：

时间：2011年6月17日

景德镇陶瓷学院

创新设计---测试集成运算放大器

姓名： 班级 ： 指导老师：

目录

一 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

二 单元电路1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .a

三 单元电路2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .b

四 单元电路3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .c

五 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e

六 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .f

七 元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .g

八 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .h

九 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

一 总体方案与原理说明 1方法推论

被测运放接成如图所示反相放大器，其闭环放大倍数

AV-R2R1

=-100。若输入信号为50mV,则其输出幅度应为5V

左右，若无输出或输出幅度较小，则说明运放损坏或性能不好。利用这一直观的方法，可方便地判断运放的好坏。为实现这一目的，设计电路中还应含有正弦信号产生电路，而且还需要设计毫伏表电路用以对被测运放输出信号的电压值进行测量。 如下图：

2总体设计框图

1） 正弦波产生器可采用RC桥式正弦波震荡电路 2） 毫伏表可用集成运放、整流电桥和电流表组成，使流过电流表的电流值于输入电压值，其原理电路如

图

毫伏表输入信号通过阻容耦合加到集成运放的同相输入端，输出信号通过整流电桥、电流表反馈到反相输入端，整流二极管和电流表的电阻可等效为反馈电阻Rco，由于运放开环增益、输入电阻很高，则其同相端电压与反相端电压近似相等，流过Rco的电流等于流过Ro的电流，则得iVRo。可见流过表头的电流Ico与V1成正比，且与Rco无关，因此可构成线性良好的交流毫伏表。Ro可用电位器Rw替代，用来调整表头量程。

直流稳压电源，要求有15V两路电压输出，可采用跟踪式正负输出集成稳压器SW1568,该稳压器具有15V对称输出电压，每路电流大于50mA，并有流过保护电路。

1） 正弦波产生器可采用RC桥式正弦波震荡电路

2） 毫伏表可用集成运放、整流电桥和电流表组成，使流过电流表的电流值于输入电压值，其原理电路如

图

毫伏表输入信号通过阻容耦合加到集成运放的同相输入端，输出信号通过整流电桥、电流表反馈到反相输入端，整流二极管和电流表的电阻可等效为反馈电阻Rco，由于运放开环增益、输入电阻很高，则其同相端电压与反相端电压近似相等，流过Rco的电流等于流过Ro的电流，则得iVRo。可见流过表头的电流Ico与V1成正比，且与Rco无关，因此可构成线性良好的交流毫伏表。Ro可用电位器Rw替代，用来调整表头量程。

直流稳压电源，要求有15V两路电压输出，可采用跟踪式正负输出集成稳压器SW1568,该稳压器具有15V对称输出电压，每路电流大于50mA，并有流过保护电路。

二 单元电路1 （正弦波产生电路）

RC串并联选频网络如图3-1所示，电路中还有一负反馈电路，它由R1和R2组成，这样就由RC串联支路，RC并联支路，R1和R2支路分别构成了电桥的四个桥臂，因此该电路也被称为文氏电桥震荡电路。该电路具有选频特性，若在网络的两端加上正弦交流信号U，则在网络中而可输出电压为U1,则该网络的传输系数FU1

点可得 =1

3j（wRC-1

wRC)U,根据RC串并联阻抗的特R//FR1

jwC1jwCR//1

jwC

当wRC时F=3为最大值，而且传输系数为实数，即U

与U1同相，此时输入信号U的频率称为中心频率，显然，在此频率信号作用下输出电压U1幅度最大，而且U1与U同相，说明该网络具有选频特性。RC选频网络的特点是适用于低频信号，一般用于频率从固定而且稳定性要求不高的电路里。

三 单元电路2（集成电路放大器）

集成电路运算放大器是一种高电压增益，高输入阻抗和低输出阻抗的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样。但结构具有相同之处。图3-2表示集成运放的内部电路组成原理框图，图中输入级一般是由BJT,JEET或是MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的堆成性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成，输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成以降低输出阻抗，提高带负载能力，偏置电路为各级提供合适的工作电流。

一个简单的运算放大器原理如图3-2所示，T1,T2对管组成差分放大电路，信号有双端输入，单端输出，单端输出为了提高整个电路的电压增益，电压放大级由T3,T4组成复合管共射级电路，由T5,T6所组成的两级电压跟随器构成电路的输出级，他不仅可以提高带负载能力，而且还可以进一步使直流电位下降，已达到输入信号电压Vid=Vi1-Vi2为零时，输出电压Vo=0，R7和D 组成低电压稳压电路以供给T9的基准电压，他与T9仪器构成电流源来提高T5的电压跟随能力，当输入信号电压Vic从反相端输入时（Vi2=0），各级输出端的瞬间点位极性为：VI2(+)-Vo2(-)-Vb6(-)-Vo(-),则输出信号电压Vo与Vi1反相，同理当输入信号电压从同相端输

入Vi2（vi1不等于0）时，可以检验输出电压与Vi2同相。

四 单元电路 3（直流稳压电源）

1直流稳压电源结构图和稳压过程示意图

2整流电路

完成整流任务。将交流电变成直流电，主要靠二极管的单向导电性，因此二极管是构成整流电路的基本元件。 3滤波电路

滤波电路主要用于滤去整流输出电压中的波形，中心原件为电容，电容愈大，负载电阻愈大，时间常数τ=RC越大，滤波后输出电压越平滑，其平均值就越大。

4稳压电路

与输出端并联一个稳压二极管以稳定输出电压

五 总体电路原理相关说明

开发运算放大器的主要目的是为了模拟计算机的运算放大，电路采用直流耦合（如果从制造工艺的角度来考察线性集成电路的话，制作大容量的电容器很困难，电路不得不采用直流耦合，另外制作线圈也很困难）。这种直流耦合与电容器耦合（交流耦合）相比，不仅能直流放大，而且高频特性也不坏，所以常常被模拟信号系统中的自动控制部分所采用。直流耦合放大器（直流放大器）的输入级采用差动放大电路。芯片内制作线圈几乎不可能，电容器也只能制作小容量（几十皮法左右就达到了制作限度）的。所以，运算放大器也就是用晶体管和电阻构成的直接耦合放大器（直流放大器）。

1输入失调电压Uio的测量

由于运算放大器的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入信号为零时，其输出电压并不为零，这就是失调电压。将该电压折算为输入端电压，及输入失调电压，其数值通常为毫伏级。

R1

R1RfU11

101U1

2输入失调电流Iio的测量

输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电

流的差值，即Iio=|Ib1-Ib2|。测量电路如图4-1右上角部分，将S1、S2断开，用毫伏表的直流档测量输出电压U1’，去除失调电压的影响，再折算到输入端，即可得到输入失调电流。IioUo1'Uo1

(1Rf

R1)RUo'Uo1RR1

R1Rf

3开环电压放大倍数Au的测量

开环电压放大倍数是指运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数。测试电路为将开关K打到B时的电路。R13为反馈电阻，通过隔至电容和电阻R15构成闭环工作状态，同时与R14、R16构成直流负反馈，减少了输出端电压漂移。 AuU3

R16

R16R14Uo101U3Uo

4共模抑制比KcmrD的测量

Kcmr等于放大器的差模电压放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比，计算公式为

开关K接A时的电路，运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数And=R3

Arc=

R3

R6R6,对共模信号的电压放大倍数AdAcU2,所以KcmrAdAc或Kcmr20lg →Acme=20lg Uo

U2

六 总体电路原理图

8、元件清单

参考文献

[1]王连英.电子电路EWB仿真实验. 南昌：江西高校出版社，2005.

[2]李桂安.电子技术实验及课程设计，1版.南京：东南大学出版社，2008.

[3].李保宏.图解集成放大器检修与调试快速入门.—北京:人民邮电出版社,2005.9 ISBN 978-7-115-19573-9

[4].康光华.陈大钦.张林.电子技术基础模拟部分（第五版）.—北京:高等教育出版社,2006.1(2008重印) ISBN 978-7-04-017789-3

设计心得体会

这一次课程设计，我们小组选的是：测试集成运算放大器。课题看起来似乎很简单，仔细回想，对我们学电子的，集成放大器在熟悉不过了，无需太动脑，但在实习过程中我们发现想要做好这个集成放大器其实也并不简单。

实习让我们接触到很多关于电子方面的东西，而这些知识以后会用的更多，比如运算放大器的基本原理和运用，桥式整流电桥和二极管等元器件。而且本学期也开了模电这门课，我想会对我学习模拟电子更有帮助。实习时间不长，再加上要期末考试了，那就要求我们尽快而又正确地用这些知识把电路设计出来，那么才有更多的时间分析调试。

实践一开始，我们小组就开始查阅资料，在这过程中小组成员团结合作，各自分工。就这样资料全了，然而零碎的知识和原理要转换成实际电路图，就要求我们连贯的运用知识。首先我们设计集成放大器的直流电路，直流电路分为直流电压电路和直流电流电路，设计直流电压电路我们想到了通过分压求电流，而运算放大器在这里起电压电压调节的作用。一步接着一步，我们大体上把电路的框架弄好了。由于欧姆表需要内置电源，我们就将它独立出来了。

后来的调试以及电路修改，我们花了不少时间，但在这部分时间里，我们对各种元件的特性了解更深了。比如由二极管组成的全波整流器，它是怎样工作的，又是怎样将交流

信号转化为可以测量的值的。这是在理论上很难很快就理解的。再比如说，在课程设计起初，关于测量值的显示问题，一开始我们误认为加在电路中的微电流表既可以测电流又可以测电压，这种误导让我们走了好多弯路，这也是我们没能够彻底了解电路工作原理就开始设计电路而犯下的错。但现在我们知道了，微电流源只是一个表头，只可以显示直流电流，再通过所显示的直流电流转化为待测量。

这次课程设计也锻炼了我们多方面思维的能力，也然我学习了不少技术，了解了更多电子上基础的知识。课程设计过程中我们使用的是multisim软件，它是用来模拟实际电路的，我向我们以后还会用到它。这次课程设计，锻炼了我连贯运用知识的能力。

题目：

班级： 学号：

姓名：

时间：2011年6月17日

景德镇陶瓷学院

创新设计---测试集成运算放大器

姓名： 班级 ： 指导老师：

目录

一 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

二 单元电路1. . . . . . . . . . . . . . . . . . .a

三 单元电路2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .b

四 单元电路3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .c

五 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e

六 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .f

七 元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .g

八 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .h

九 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

一 总体方案与原理说明 1方法推论

被测运放接成如图所示反相放大器，其闭环放大倍数

AV-R2R1

=-100。若输入信号为50mV,则其输出幅度应为5V

左右，若无输出或输出幅度较小，则说明运放损坏或性能不好。利用这一直观的方法，可方便地判断运放的好坏。为实现这一目的，设计电路中还应含有正弦信号产生电路，而且还需要设计毫伏表电路用以对被测运放输出信号的电压值进行测量。 如下图：

2总体设计框图

1） 正弦波产生器可采用RC桥式正弦波震荡电路 2） 毫伏表可用集成运放、整流电桥和电流表组成，使流过电流表的电流值于输入电压值，其原理电路如

图

毫伏表输入信号通过阻容耦合加到集成运放的同相输入端，输出信号通过整流电桥、电流表反馈到反相输入端，整流二极管和电流表的电阻可等效为反馈电阻Rco，由于运放开环增益、输入电阻很高，则其同相端电压与反相端电压近似相等，流过Rco的电流等于流过Ro的电流，则得iVRo。可见流过表头的电流Ico与V1成正比，且与Rco无关，因此可构成线性良好的交流毫伏表。Ro可用电位器Rw替代，用来调整表头量程。

直流稳压电源，要求有15V两路电压输出，可采用跟踪式正负输出集成稳压器SW1568,该稳压器具有15V对称输出电压，每路电流大于50mA，并有流过保护电路。

1） 正弦波产生器可采用RC桥式正弦波震荡电路

2） 毫伏表可用集成运放、整流电桥和电流表组成，使流过电流表的电流值于输入电压值，其原理电路如

图

毫伏表输入信号通过阻容耦合加到集成运放的同相输入端，输出信号通过整流电桥、电流表反馈到反相输入端，整流二极管和电流表的电阻可等效为反馈电阻Rco，由于运放开环增益、输入电阻很高，则其同相端电压与反相端电压近似相等，流过Rco的电流等于流过Ro的电流，则得iVRo。可见流过表头的电流Ico与V1成正比，且与Rco无关，因此可构成线性良好的交流毫伏表。Ro可用电位器Rw替代，用来调整表头量程。

直流稳压电源，要求有15V两路电压输出，可采用跟踪式正负输出集成稳压器SW1568,该稳压器具有15V对称输出电压，每路电流大于50mA，并有流过保护电路。

二 单元电路1 （正弦波产生电路）

RC串并联选频网络如图3-1所示，电路中还有一负反馈电路，它由R1和R2组成，这样就由RC串联支路，RC并联支路，R1和R2支路分别构成了电桥的四个桥臂，因此该电路也被称为文氏电桥震荡电路。该电路具有选频特性，若在网络的两端加上正弦交流信号U，则在网络中而可输出电压为U1,则该网络的传输系数FU1

点可得 =1

3j（wRC-1

wRC)U,根据RC串并联阻抗的特R//FR1

jwC1jwCR//1

jwC

当wRC时F=3为最大值，而且传输系数为实数，即U

与U1同相，此时输入信号U的频率称为中心频率，显然，在此频率信号作用下输出电压U1幅度最大，而且U1与U同相，说明该网络具有选频特性。RC选频网络的特点是适用于低频信号，一般用于频率从固定而且稳定性要求不高的电路里。

三 单元电路2（集成电路放大器）

集成电路运算放大器是一种高电压增益，高输入阻抗和低输出阻抗的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样。但结构具有相同之处。图3-2表示集成运放的内部电路组成原理框图，图中输入级一般是由BJT,JEET或是MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的堆成性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成，输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成以降低输出阻抗，提高带负载能力，偏置电路为各级提供合适的工作电流。

一个简单的运算放大器原理如图3-2所示，T1,T2对管组成差分放大电路，信号有双端输入，单端输出，单端输出为了提高整个电路的电压增益，电压放大级由T3,T4组成复合管共射级电路，由T5,T6所组成的两级电压跟随器构成电路的输出级，他不仅可以提高带负载能力，而且还可以进一步使直流电位下降，已达到输入信号电压Vid=Vi1-Vi2为零时，输出电压Vo=0，R7和D 组成低电压稳压电路以供给T9的基准电压，他与T9仪器构成电流源来提高T5的电压跟随能力，当输入信号电压Vic从反相端输入时（Vi2=0），各级输出端的瞬间点位极性为：VI2(+)-Vo2(-)-Vb6(-)-Vo(-),则输出信号电压Vo与Vi1反相，同理当输入信号电压从同相端输

入Vi2（vi1不等于0）时，可以检验输出电压与Vi2同相。

四 单元电路 3（直流稳压电源）

1直流稳压电源结构图和稳压过程示意图

2整流电路

完成整流任务。将交流电变成直流电，主要靠二极管的单向导电性，因此二极管是构成整流电路的基本元件。 3滤波电路

滤波电路主要用于滤去整流输出电压中的波形，中心原件为电容，电容愈大，负载电阻愈大，时间常数τ=RC越大，滤波后输出电压越平滑，其平均值就越大。

4稳压电路

与输出端并联一个稳压二极管以稳定输出电压

五 总体电路原理相关说明

开发运算放大器的主要目的是为了模拟计算机的运算放大，电路采用直流耦合（如果从制造工艺的角度来考察线性集成电路的话，制作大容量的电容器很困难，电路不得不采用直流耦合，另外制作线圈也很困难）。这种直流耦合与电容器耦合（交流耦合）相比，不仅能直流放大，而且高频特性也不坏，所以常常被模拟信号系统中的自动控制部分所采用。直流耦合放大器（直流放大器）的输入级采用差动放大电路。芯片内制作线圈几乎不可能，电容器也只能制作小容量（几十皮法左右就达到了制作限度）的。所以，运算放大器也就是用晶体管和电阻构成的直接耦合放大器（直流放大器）。

1输入失调电压Uio的测量

由于运算放大器的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入信号为零时，其输出电压并不为零，这就是失调电压。将该电压折算为输入端电压，及输入失调电压，其数值通常为毫伏级。

R1

R1RfU11

101U1

2输入失调电流Iio的测量

输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电

流的差值，即Iio=|Ib1-Ib2|。测量电路如图4-1右上角部分，将S1、S2断开，用毫伏表的直流档测量输出电压U1’，去除失调电压的影响，再折算到输入端，即可得到输入失调电流。IioUo1'Uo1

(1Rf

R1)RUo'Uo1RR1

R1Rf

3开环电压放大倍数Au的测量

开环电压放大倍数是指运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数。测试电路为将开关K打到B时的电路。R13为反馈电阻，通过隔至电容和电阻R15构成闭环工作状态，同时与R14、R16构成直流负反馈，减少了输出端电压漂移。 AuU3

R16

R16R14Uo101U3Uo

4共模抑制比KcmrD的测量

Kcmr等于放大器的差模电压放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比，计算公式为

开关K接A时的电路，运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数And=R3

Arc=

R3

R6R6,对共模信号的电压放大倍数AdAcU2,所以KcmrAdAc或Kcmr20lg →Acme=20lg Uo

U2

六 总体电路原理图

8、元件清单

参考文献

[1]王连英.电子电路EWB仿真实验. 南昌：江西高校出版社，2005.

[2]李桂安.电子技术实验及课程设计，1版.南京：东南大学出版社，2008.

[3].李保宏.图解集成放大器检修与调试快速入门.—北京:人民邮电出版社,2005.9 ISBN 978-7-115-19573-9

[4].康光华.陈大钦.张林.电子技术基础模拟部分（第五版）.—北京:高等教育出版社,2006.1(2008重印) ISBN 978-7-04-017789-3

设计心得体会

这一次课程设计，我们小组选的是：测试集成运算放大器。课题看起来似乎很简单，仔细回想，对我们学电子的，集成放大器在熟悉不过了，无需太动脑，但在实习过程中我们发现想要做好这个集成放大器其实也并不简单。

实习让我们接触到很多关于电子方面的东西，而这些知识以后会用的更多，比如运算放大器的基本原理和运用，桥式整流电桥和二极管等元器件。而且本学期也开了模电这门课，我想会对我学习模拟电子更有帮助。实习时间不长，再加上要期末考试了，那就要求我们尽快而又正确地用这些知识把电路设计出来，那么才有更多的时间分析调试。

实践一开始，我们小组就开始查阅资料，在这过程中小组成员团结合作，各自分工。就这样资料全了，然而零碎的知识和原理要转换成实际电路图，就要求我们连贯的运用知识。首先我们设计集成放大器的直流电路，直流电路分为直流电压电路和直流电流电路，设计直流电压电路我们想到了通过分压求电流，而运算放大器在这里起电压电压调节的作用。一步接着一步，我们大体上把电路的框架弄好了。由于欧姆表需要内置电源，我们就将它独立出来了。

后来的调试以及电路修改，我们花了不少时间，但在这部分时间里，我们对各种元件的特性了解更深了。比如由二极管组成的全波整流器，它是怎样工作的，又是怎样将交流

信号转化为可以测量的值的。这是在理论上很难很快就理解的。再比如说，在课程设计起初，关于测量值的显示问题，一开始我们误认为加在电路中的微电流表既可以测电流又可以测电压，这种误导让我们走了好多弯路，这也是我们没能够彻底了解电路工作原理就开始设计电路而犯下的错。但现在我们知道了，微电流源只是一个表头，只可以显示直流电流，再通过所显示的直流电流转化为待测量。

这次课程设计也锻炼了我们多方面思维的能力，也然我学习了不少技术，了解了更多电子上基础的知识。课程设计过程中我们使用的是multisim软件，它是用来模拟实际电路的，我向我们以后还会用到它。这次课程设计，锻炼了我连贯运用知识的能力。