一、實驗目的

1. 掌握集成運算放大器（簡稱集成運放）的基本工作原理與主要性能參數。
2. 學習集成運放在信號運算、處理及波形產生等典型電路中的應用設計方法。
3. 理解并運用負反饋原理分析電路特性，如增益、帶寬、輸入輸出阻抗等。
4. 通過預習，熟悉實驗電路原理，為后續實驗操作與數據分析奠定理論基礎。

二、實驗原理

1. 集成運算放大器概述：集成運放是一種高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的多級直接耦合放大器。其理想特性包括：開環電壓增益無窮大、輸入阻抗無窮大、輸出阻抗為零、帶寬無窮大以及共模抑制比無窮大。實際應用中需考慮其非理想特性對電路性能的影響。
2. 基本應用電路設計原理：
a. 比例運算電路：包括反相比例放大器（電壓增益 Av = -Rf/R1）和同相比例放大器（Av = 1 + Rf/R1）。設計關鍵在于電阻匹配與反饋深度選擇。
b. 加法與減法運算電路：利用運放的線性疊加原理，通過電阻網絡實現多路信號的加權和或差。
c. 積分與微分電路：利用電容的充放電特性實現對輸入信號的時間域運算。設計中需注意運放的頻率響應與穩定性。
d. 電壓比較器與波形發生器：利用運放的開環或正反饋特性，可設計過零比較器、滯回比較器（施密特觸發器）及方波、三角波振蕩電路。

1. 集成電路設計要點：在設計具體電路時，需根據性能指標選擇合適型號的集成運放（如通用型741、高精度OP07、高速LM318等），并合理配置外圍元件參數，確保電路工作在線性區或非線性區。需考慮電源去耦、失調電壓調零、頻率補償等實際問題。

三、預習內容與設計任務

1. 理論預習：復習集成運放的內部結構、傳輸特性及虛短、虛斷概念。分析各應用電路的輸入輸出關系、頻率響應及設計約束條件。
2. 電路設計任務：
a. 設計一個增益為-10倍的反相放大器，輸入信號頻率范圍為100Hz~5kHz，要求輸出電壓無明顯失真。計算并選取反饋電阻Rf與輸入電阻R1（建議取值在1kΩ~100kΩ之間），并說明電阻精度與溫漂對電路的影響。
b. 設計一個加法器，實現 Vo = -(2V1 + 3V2) 的運算，其中V1、V2為直流或低頻交流信號。確定各輸入電阻及反饋電阻值，并分析電路對共模信號的抑制能力。
c. 設計一個積分電路，時間常數τ=0.1s，輸入為方波信號時輸出為三角波。選擇合適的積分電容與電阻，討論運放輸入偏置電流與失調電壓對積分誤差的影響及補償方法。
d. 設計一個滯回比較器，閾值電壓為±2V，輸出高低電平分別為+12V和-12V。計算并選取正反饋網絡電阻，繪制電壓傳輸特性曲線，并討論回差電壓的調節方法。

1. 仿真準備：建議使用Multisim、PSpice等電路仿真軟件對設計電路進行預先仿真，驗證理論計算，觀察波形并分析可能出現的現象（如飽和、振蕩等）。

四、注意事項

1. 集成運放需使用對稱雙電源供電（如±12V），注意電源極性，避免接反損壞芯片。
2. 實際電路中，應在電源引腳附近加裝去耦電容（通常為0.1μF陶瓷電容并聯10μF電解電容）以減少噪聲干擾。
3. 對于高精度電路，需考慮運放的失調電壓、偏置電流及溫漂，必要時加入調零電路或選擇低失調型運放。
4. 在設計積分、微分等含電容的電路時，注意電容的漏電流、介質吸收等非理想特性，優先選擇聚丙烯或聚苯乙烯電容。
5. 所有設計需基于實驗室可提供的元器件參數范圍，并預留調整空間。

五、預習思考題

1. 反相放大器與同相放大器在輸入阻抗、共模抑制方面有何本質區別？分別適用于哪些場合？
2. 在積分電路設計中，若輸入信號含有直流分量，輸出電壓會出現什么現象？如何解決？
3. 滯回比較器中，回差電壓的大小由哪些元件決定？如何調整回差電壓而不改變中心閾值電壓？
4. 集成運放的增益帶寬積（GBW）和壓擺率（SR）參數在實際電路設計中有何指導意義？

六、實驗預期與報告要求
通過本次預習，應能獨立完成上述電路的理論設計與參數計算，明確實驗步驟與測量要點。實驗報告需包含：設計原理、詳細計算過程、電路圖、仿真結果（如有）、實測數據與波形記錄、誤差分析及實驗。重點關注理論值與實測值的差異原因及集成電路設計的實用性考量。

（注：本預習報告為理論設計部分，具體實驗操作需在實驗室結合實際器材完成。）