模电实验 基本运算电路

模电实验报告 加法 减法 积分

实验报告

课程名称：___模拟电子技术实验____________指导老师：_ _成绩：__________________ 实验名称： 实验13 基本运算电路 实验类型：__________ 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一. 实验目的和要求

1、研究集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的功能。 2、掌握集成运算放大电路的三种输入方式。

3、了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

4、理解在放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大电路各项性能指标的影响。 二. 实验内容和原理

1. 实现两个信号的反相加法运算。 2. 实现同相比例运算。

3. 用减法器实现两信号的减法运算。 4. 实现积分运算。

5. 用积分电路将方波转换为三角波。

运放μA741介绍 ：

集成运算放大器（简称集成运放）是一种高增益的直流放大器，它有二个输入端。根据输入电路的不同，有同相输入、反相输入和差动输入三种方式。

集成运放在实际运用中，都必须用外接负反馈网络构成闭环放大，用以实现各种模拟运算。

μA741引脚排列：

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三. 主要仪器设备

示波器、信号发生器、晶体管毫伏表 运算电路实验电路板

μA741、电阻电容等元件 四. 操作方法和实验步骤

1. 实现两个信号的反相加法运算

R

fRf v v vOS1S2 R2 R1

通过该电路可实现两个信号的反相加法运算。为了消除运放输入偏置电流及其漂移造成的运算误差，需在运放同相端接入平衡电阻R3，其阻值应与运放反相端地外接等效电阻相等，即要求R3=R1//R2//RF。

测量出输入和输出信号的幅值，并记录示波器波形。

注意事项：

①被加输入信号可以为直流，也可以选用正弦、方波或三角波信号。但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响和输出幅度的限制。

②为防止出现自激振荡和饱和失真，应该用示波器监视输出电压波形。

③为保证电路正确，应对输出直流电位进行测试，即保证零输入时为零输出。

2. 实现同相比例运算

电路特点是输入电阻比较大，电阻R'同样是为了消除偏置电流的影响，故要求 R'= Rl//Rf。

Rf

v O 1 R vS

1

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实验步骤：

(1)测量输入和输出信号幅值，验证电路功能。 (2)测出电压传输特性，并记录曲线。

电压传输特性是表征输入输出之间的关系曲线，即 vo= f (vs) 。

同相比例运算电路的输入输出成比例关系。但输出信号的大小受集成运放的最大输出电压幅度的限制，因此输入输出只在一定范围内是保持线性关系的。电压传输特性曲线可用示波器来观察。

(3)测量出输入和输出信号的幅值，并记录示波器波形。

3. 用减法器实现两信号的减法运算

差分放大电路即减法器，为消除运放输入偏执电流的影响，要求R1=R2、Rf=R3。

v Rf v

v OS2S1

R1

把实验数据及波形填入表格。实验注意事项同前。

4. 实现积分运算

1

vO

R1C

vt s

R1C

vdt

S

t

电路原理：

积分电路如上图所示，在进行积分运算之前，将图中K1闭合，通过电阻R2的负反馈作用，进行运放零输出检查，在完成零输出检查后，须将K1打开，以免因R2的接入而造成积分误差。

K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，将其闭合即可实现积分电容初始电压VC(0)=0。另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号Vs后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

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实验步骤：

用示波器观察输出随时间变化的轨迹，记录输入信号参数和示波器观察到的输出波形。 (1) 先检查零输出，将电容C放电； (2) 将示波器按钮置于适当位置:

将光点移至屏幕左上角作为坐标原点； Ｙ轴输入耦合选用“DC”； 触发方式采用“NORM”；

(3) 加入输入信号(直流)，然后将K2打开，即可看到光点随时间的移动轨迹。

5. 用积分电路将方波转换为三角波

电路如图所示。图中电阻R2的接入是为了抑制由IIO、VIO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。 在t<<τ2（τ2=R2C）的条件下，若vS为常数，则vO与t 将近似成线性关系。因此，当vS为方波信号并满足Tp<<τ2时（Tp为方波半个周期时间），则vO将转变为三角波，且方波的周期愈小，三角波的线性愈好，但三角波的幅度将随之减小。

实验步骤及数据记录：

接三种情况加入方波信号，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度的变化。 Tp<<τ2 Tp ≈τ2 Tp>>τ2

五、实验数据记录与处理、实验结果与分析

1、反相加法运算

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由于

Rf Rf

vO v v RS1RS2 = -(10vs1+10vs2)

1 2

理论上vo=11.2V，实际vo=9.90V，相对误差11.6%。

误差分析：①检查零输入时，vo=0.5V左右（即使仿真也有几百微伏），并非完全为零，因此

加上信号测量时会有 一定的误差。

②测量vo过程中，毫伏表示数时有时无，通过按压电路板与接线处都会使毫伏表示数产生一定的波动，可见电路本身并不稳定。本实验读数是毫伏表多次稳定在该数值时读取，但依然不可避免地由于电路元件实际值存在一定的误差范围、夹子连接及安放位置导致的读数不稳定、以及部分视差原因，导致误差的存在。

2、同比例运算

20V

Rf v 由于 O v S=11vo，理论上vo=5.61V，相对误差0.2%。误差分析同前。 1 R1

0V

-20V

0V

V(vo)

V(vi)

0.4V

0.8V

1.2V

1.6V

2.0V

输出信号的大小受集成运放的最大输出电压幅度的限制，由仿真结果可见，输入输出在0-1.3V内是保持线性关系的。

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3、减法器（差分放大电路）

vO由于

Rf

vS 2 v S 1 =10(vs2-vs1)，理论上vo=12.6V，相对误差1.75%，误差分析同前。 R1

4、实现积分运算

vst1t

理论上 v O v S dt =-10vst

R1C0R1C

实测时，加上直流电压后，观察到光点随时间向右下方移动，轨迹为一条直线。

5. 用积分电路将方波转换为三角波

由实验结果可以得出，方波的周期越小，三角波的线性越好，且三角波的幅度随之减小。

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