一、实验目的

1. 掌握集成运算放大器（简称集成运放）的基本工作原理与主要性能参数。
2. 学习集成运放在信号运算、处理及波形产生等典型电路中的应用设计方法。
3. 理解并运用负反馈原理分析电路特性，如增益、带宽、输入输出阻抗等。
4. 通过预习，熟悉实验电路原理，为后续实验操作与数据分析奠定理论基础。

二、实验原理

1. 集成运算放大器概述：集成运放是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的多级直接耦合放大器。其理想特性包括：开环电压增益无穷大、输入阻抗无穷大、输出阻抗为零、带宽无穷大以及共模抑制比无穷大。实际应用中需考虑其非理想特性对电路性能的影响。
2. 基本应用电路设计原理：
a. 比例运算电路：包括反相比例放大器（电压增益 Av = -Rf/R1）和同相比例放大器（Av = 1 + Rf/R1）。设计关键在于电阻匹配与反馈深度选择。
b. 加法与减法运算电路：利用运放的线性叠加原理，通过电阻网络实现多路信号的加权和或差。
c. 积分与微分电路：利用电容的充放电特性实现对输入信号的时间域运算。设计中需注意运放的频率响应与稳定性。
d. 电压比较器与波形发生器：利用运放的开环或正反馈特性，可设计过零比较器、滞回比较器（施密特触发器）及方波、三角波振荡电路。

1. 集成电路设计要点：在设计具体电路时，需根据性能指标选择合适型号的集成运放（如通用型741、高精度OP07、高速LM318等），并合理配置外围元件参数，确保电路工作在线性区或非线性区。需考虑电源去耦、失调电压调零、频率补偿等实际问题。

三、预习内容与设计任务

1. 理论预习：复习集成运放的内部结构、传输特性及虚短、虚断概念。分析各应用电路的输入输出关系、频率响应及设计约束条件。
2. 电路设计任务：
a. 设计一个增益为-10倍的反相放大器，输入信号频率范围为100Hz~5kHz，要求输出电压无明显失真。计算并选取反馈电阻Rf与输入电阻R1（建议取值在1kΩ~100kΩ之间），并说明电阻精度与温漂对电路的影响。
b. 设计一个加法器，实现 Vo = -(2V1 + 3V2) 的运算，其中V1、V2为直流或低频交流信号。确定各输入电阻及反馈电阻值，并分析电路对共模信号的抑制能力。
c. 设计一个积分电路，时间常数τ=0.1s，输入为方波信号时输出为三角波。选择合适的积分电容与电阻，讨论运放输入偏置电流与失调电压对积分误差的影响及补偿方法。
d. 设计一个滞回比较器，阈值电压为±2V，输出高低电平分别为+12V和-12V。计算并选取正反馈网络电阻，绘制电压传输特性曲线，并讨论回差电压的调节方法。

1. 仿真准备：建议使用Multisim、PSpice等电路仿真软件对设计电路进行预先仿真，验证理论计算，观察波形并分析可能出现的现象（如饱和、振荡等）。

四、注意事项

1. 集成运放需使用对称双电源供电（如±12V），注意电源极性，避免接反损坏芯片。
2. 实际电路中，应在电源引脚附近加装去耦电容（通常为0.1μF陶瓷电容并联10μF电解电容）以减少噪声干扰。
3. 对于高精度电路，需考虑运放的失调电压、偏置电流及温漂，必要时加入调零电路或选择低失调型运放。
4. 在设计积分、微分等含电容的电路时，注意电容的漏电流、介质吸收等非理想特性，优先选择聚丙烯或聚苯乙烯电容。
5. 所有设计需基于实验室可提供的元器件参数范围，并预留调整空间。

五、预习思考题

1. 反相放大器与同相放大器在输入阻抗、共模抑制方面有何本质区别？分别适用于哪些场合？
2. 在积分电路设计中，若输入信号含有直流分量，输出电压会出现什么现象？如何解决？
3. 滞回比较器中，回差电压的大小由哪些元件决定？如何调整回差电压而不改变中心阈值电压？
4. 集成运放的增益带宽积（GBW）和压摆率（SR）参数在实际电路设计中有何指导意义？

六、实验预期与报告要求
通过本次预习，应能独立完成上述电路的理论设计与参数计算，明确实验步骤与测量要点。实验报告需包含：设计原理、详细计算过程、电路图、仿真结果（如有）、实测数据与波形记录、误差分析及实验。重点关注理论值与实测值的差异原因及集成电路设计的实用性考量。

（注：本预习报告为理论设计部分，具体实验操作需在实验室结合实际器材完成。）