2-5探索集成运放电路

Multisim14.3电路仿真实训教程模块二模拟电路设计与调试实训项目五探究集成运放电路项项目教学目标1.掌握理想运放“虚短”与“虚断”的核心特性及应用逻辑；2.识别比例、加减等典型运放电路结构，推导输出电压表达式；3.区分开环与闭环放大倍数的定义及计算方式；4.运用虚拟示波器、万用表测量电路波形与电压数值；5.通过参数扫描分析关键指标对电路性能的影响规律；6.培养利用仿真工具解决工程实际问题的实践素养与创新思维。《低频功率放大电路设计与仿真实训》项目五探究集成运放电路项目目录任务一：验证比例运放电路任务二：探究加法运放电路任务三：探究减法运放电路《低频功率放大电路设计与仿真实训》知识链接一、集成运放的基本定义集成运算放大器（简称运放，Op-Amp）是一种高增益、直接耦合的差分输入、单端输出模拟集成电路。它内部包含多级放大电路，具有输入阻抗高、输出阻抗低、共模抑制比高等核心特性，是模拟电路中实现信号放大、运算、滤波与比较的基础核心器件。二、电路符号与引脚特征标准电路符号为三角形结构，包含两个输入端（同相输入端“+”、反相输入端“-”）和一个单端输出端；实际芯片还需接入正、负电源引脚以提供工作电压，部分型号配备调零端与相位补偿端，用于消除失调电压并保证电路稳定性。三、核心放大倍数参数（1）开环放大倍数（Aₒ）：无外部反馈时的固有电压放大倍数，理想运放的Aₒ为无穷大，实际通用型运放开环增益可达10⁵~10⁷，是实现高精度信号处理的基础。（2）闭环放大倍数（Af）：引入外部负反馈后的实际电压放大倍数，其值仅由外部电阻网络的比值决定，与运放本身参数无关，具有稳定性强、失真小、频带展宽的特点，是工程应用中主要采用的工作模式。《模拟电子技术基础与应用》知识链接二、理想运放的特性《低频功率放大电路设计与仿真实训》知识链接三、两个重要推论：“虚短”与“虚断”01.虚短(VirtualShort)核心内涵：当运放工作在线性区时，同相输入端与反相输入端的电位几乎相等，即V₊≈V₋，如同两个输入端被“短路”。分析应用：这是分析运放闭环电路的关键抓手，可直接将两输入端视为等电位，极大简化电压关系的推导过程。02.虚断(VirtualOpen)核心内涵：理想运放的输入阻抗为无穷大，因此流入同相端和反相端的电流均为零，即I₊=0，I₋=0，如同输入端“开路”。分析应用：结合基尔霍夫电流定律（KCL），可忽略输入端的电流影响，快速建立电路中的电流分配方程。《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务一：验证比例运放电路一、同相比例运放电路构建与仿真图1同相比例运放电路1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》2.仿真分析（1）测量并记录=

=

，说明运放存在

现象；（2）探针3的电位=

mV，探针4的电位=

mV，两处电位说明运放存在

现象。（3）=10mV，测量运放电路输出电压的有效值

mV。

请根据这一数据，验证同相比例运放电压放大倍数的理论公式。任务一：验证比例运放电路《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务一：验证比例运放电路二、反相比例运放电路构建与仿真图2反相比例运放电路1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》2.仿真分析（1）观察示波器上的输入/输出波形，两者相位关系为

。（2）读取示波器上的输入/输出波形的瞬时值，计算

。（3）验证反相比例运放电路电压放大倍数的理论值与实测值关系。任务一：验证比例运放电路《低频功率放大电路设计与仿真实训》一、反相输入加法运放电路任务二探究加法运放电路图2-1反相输入加法运放电路1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务二探究加法运放电路2.仿真分析（1）理论计算：（2）万用表测量输出电压=

。=

《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务二探究加法运放电路二、同相输入加法运放电路图2-2同相输入加法运放电路1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》2.仿真分析任务二探究加法运放电路（1）理论计算：（2）万用表测量输出电压=

。=

。《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务三探究减法运放电路一、单级减法运放电路图3-1单级减法运放电路仿真原理图1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务三：单级减法运放仿真分析2.仿真分析（1）理论计算：

（2）万用表测量输出电压

（3）在上图中，若将两直流电压源替换为交流电压源，且两交流电的幅值不同，频率相同，尝试分析交流电输入与输出电压的关系是否与直流电相同。

《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务三探究减法运放电路二、双级减法运放电路图3-2双级减法运放电路仿真连接示意图1.电路构建《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务三：双级减法运放仿真分析2.仿真分析（1）理论计算：（2）探针测量输出电压

。

。《低频功率放大电路设计与仿真实训》任务拓展（1）任务名称：设计基于LM324的反相比例运放电路。（2）任务要求：采用双电源5V供电，输入为10mV/1kHz的正弦小信号，要求电压放大倍数精准稳定在5倍（误差≤3%），输出波形无明显截止失真、饱和失真（THD≤2%），输入电阻≥5kΩ，输出电阻≤1kΩ，静态工作点稳定，抗干扰能力良好。①核心采用LM324集成运放构成反相比例运放电路，利用其低功耗、宽电源电压范围的特性，适配5V双电源供电场景。②根据反相比例放大倍数公式，选取合适的输入电阻与反馈电阻，确保放大倍数精准锁定在5倍。③为提升电路稳定性与抗干扰能力，在电源输入端并联0.1μF瓷片电容和10