题    目： 基本运算电路（反相比例运算）

专    业：         通 信 工 程

班    级：       09通 信（二）班

姓    名：         2222

指导教师：         2222

电气工程系

2011年5月25日

课 程 设 计 任 务 书

学生班级：09通信（二）班 学生姓名：徐伟星 学号：*********9

设计名称：基本运算电路（反相比例运算）

起止日期：2011-5-23——2011-5-29     

指导教师：***

设计要求：

1、明确设计题目，确定方案。对于考虑的方案，经过比较后，确定选择哪个方案。

2、单元电路的设计和元器件的选择。要列出元器件清单

3、画出完整的电路原理图和必要的波形图，并说明主要工作原理。

4、计算出各元器件的主要参数，并标在电路图中恰当的位置。

5、画出电路图。

6、对电路性能进行测试，并分析是否满足要求。

反相比例运算电路是一门发展迅速、实践性和应用性很强的电子线路。为了适应现代电子技术飞跃发展的需要，更好的培养21世纪应用型电子技术人才，需要在加强学生基础理论学习的同时，还要加强实验技能的训练。提高动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合，融为一体，课程设计以此为目的使能力培养贯穿于整个教学过程 。

本次课程设计综合了模拟电路电子线路中的许多理论知识，它使我们学过的相关理论知识得到更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。提高自己的动手实践能力、安装与检测电路的能力。其中主要涉及到的基础知识有集成运放的应用，放大电路的分析方法和应用，负反馈放大电路与基本运算电路的性能与作用，基本偏置电路的设计及其应用等。在设计的过程中还涉及到了应用Protel制作原理图的一些基础知识。对于综合运用所学过的知识有一定的帮助和巩固。

限于学生能力有限、时间创促和初次设计制做，设计中难免存在错误、错漏和不妥之处，恳请老师给予指正，在此致谢。

                                    编者 徐伟星

2011年5月26日                                                                   

第一章、电路工作原理及基本关系式

1.1设计任务及目的- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -5 

1.2 电路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

1.3、反相比例运算电路的特点- -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

1.4 反相比例放大电路的运用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

第二章、电路设计与调试 

2.1 电路设计- - - - - -  - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  - - - - - 7

2.1电路相关分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7

2.2电路相关研究- - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 

第三章、实验总结 

附录A  元件清单

参考文献    

第一章、电路工作原理及基本关系式

1.1设计任务及目的

任务：利用集成运放在各种运算电路上的一些应用设计一个反相比例运算电路，并测量反相比例运算放大器的电压增益。测定反相比例运算放大器输出与输入电压波形之间的相位差。

目的:

1、学习反相比例运算电路的设计方法；

2、测量反相比例运算放大器的电压增益，并比较测量值与计算值。

3、测定反相比例运算放大器输出与输入电压波形之间的相位差。

4、学会上述电路的测试和分析方法

1.2  电路工作原理：

∙运算放大器有反相输入端（－）和同向输入端（+）

　　如将同向输入端接地，反向输入端加信号，则输出信号和输入信号反相，一般运算放大器的开环放大倍数非常高，加入负反馈可放大，使其稳定，频率特性得到改善。

　　图中是运算放大器电路。由于Vo未达饱和前,反向输入端Vi与同向输入端的电压V相等(都是零),因此I=Vi/R1,再由于流入反向端的电流为零,因此 U-=I ×Rf =(Vi ×Rf)/R1 ,因此Vo=－u-=－(Rf/R1) ×Vi 

　　Rf如改为可变电阻,可任意调整电压放大的倍数,但输出波形和输入反相。

1.3反相比例运算电路特点：

1）反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低。

    2）输出电阻小，带负载能力强。

  3） 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。

  4） 如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M。

1.4  反相比例放大电路的应用

(一)积分器： 将原来反相放大器R2电阻，换成一颗电容器C2 此时输入信号Vi与输出信号Vo之关系，形成一积分关系。

　　(二)微分器： 将原来反相放大器R1电阻，换成一颗电电容器C ，此时输入信号Vi与输出信号Vo之关系，即变形成一微分关系。

　　(三) 加法器：若将反相放大器稍微变化一下，此时输入信号与输出信号Vo之关系，若R1 ＝ R2 ＝ R3 ＝...＝ Rn ＝ Rf，就可简化为Vo ＝－(V1+V2+V3+...+Vn)，

第二章、电路设计与相关调试

2.1  电路设计

    如图 用一个集成运放、一个电阻R1、一个电阻R2、一个Rf电阻构成一个带有部分正负馈的反向比例运算放大器。

2.2电路相关分析

引入部分正负馈可以实现高增益放大，在上图中，输入电压u1经电阻R1加到集成支放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压u0经RF接回到反相输入端。集成运放的反相输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。为使差动放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加的偏差电压。因此，通常选择R2的阻值为

R2=R1 // RF        R2用于消除偏置电流引起的误差 

经过分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成运放的开环差模增益很高，因此容易满足深负反馈的条件，故可以认为集成运放工作在线性区。因此，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的电压放大倍数。

在上图中，由于“虚断”，故i+=0，即R2上没有压降，则u+=0。又因“虚短”，可得:u-= u+=0 

上述说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。

由于I-=0，由由图可见:iI= iF

即 

上式中u-=0，由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：

下面分析反相比例运算电路的输入电阻。因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为：Rif = R1 

综合以上分析，对反相比例运算电路可以归纳得出以下几点结论：

1）反相比例运算电路实际上是一个深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。因此加在集成运簇输入端的共模输入电压很小。 

2）电压放大倍数, 即输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位

相反。也就是说，电路实现了反相比例运算。比值 Auf 决定于电阻RF和R1之比，而与集成运放内部各项参数无关。只要RF和R1的阻值比较准确而稳定，就可以得到准确的比例运算关系。比值Auf 可以大于1，也可以小于1。当RF=R1时，Auf=-1，称为单位增益倒相器。 

3）由于引入了深度电压并联负反馈，因此电路的输入电阻不高，输出电阻很低。

电路原理及输入输出特性：

2.3电路相关研究（电压增益和输出与输入电压波形间的相位差研究）

 反相比例运算放大器

 集成运算放大器是具有高电压放大倍数的直接藕合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元件组成输入和负反馈电路时，可以实现各种特定的函数关系。根据示波器测量输出峰值电压Uop和输入峰值电压Uip，可求出反相比例远算放大器的闭环增益。

    对于图1所示的电路，闭环增益还可通过元件值求出：

式中，Rf为反馈电阻，R1为运放的反相输入端电阻。   

 研究步骤：

  1、建立如图1所示的反相比例远算放大器实验电路，信号发生器和示波器按图需要进行设置。单击仿真开关运行动态分析，记录输入峰值电压Uip和输出峰值电压Uop，输出与输入正弦电压波形之间的相位差。

  2、根据步骤1的电压测量值，计算放大器的闭环电压增益AV。

  3、根据电路元件值，计算反相比例运算放大器的闭环电压增益。

  4、将反馈电阻Rf 由100kΩ改为10kΩ，信号发生器的幅值改为l00mV，单击仿真开关运行动态分析，记录输入峰值电压UIP和输出峰值电压UOP，重新计算放大器的闭环电压增益AV。

第三章、设计总结

在此次课程设计开始，我们遇到很多障碍，感到无法理出思绪，开始根本不知从何处着手，经图书馆查阅资料及上网搜索相关知识，我渐渐找到了方向，突破了难点，让我也体会到了反向比例运算有高输入电阻的优点，顺利完成了设计，但感觉自己还有很多东西要学，自己课本知识不是太好，设计缺乏理论知识。所以以后要加强理论学习。另外，在实验设计时应保持冷静，测试有条理，遇到问题要联系书本知识积极思考，同时一定要做好实验设计前的预习和设计中的数据记录，这样才能够在实验设计后有数据进行分析和总结，写出合格的实验设计报告。这次的设计于我而言意义非凡，他让我找回了对此课的兴趣，加深了我对理论知识的理解，强化了动手能力。

附录A  元件清单

电阻3个（R1，R2，Rf）

C03520示波器1台

EE11B信号源1台

DF1731SD直流电源那1台

万用表1只

参考文献

电子线路CAD实用教程 （第三版）  潘永雄 沙河 主编

模拟电子技术基础  （第四版）   童诗白等编著

电路  （第五版） 罗先觉主编    

何金茂主编，《电子技术基础实验》（第二版），高等教育出版社，1991 

杨建国，宁改娣主编，《电子技术基础开放实验—实验指导书》，轻印讲义，2003  王建校等编，《MAX+PLUSⅡ应用入门》，科学出版社下载本文