深圳大学实验报告
课程名称：模拟电路
实验名称：比例、求和、积分、微分电路
学院：信息工程学院
专业：班级： 07
组号：指导教师：吴迪
报告人：王逸晨学号： 2014130358 实验时间： 2015 年 10 月 2 日星期五
实验地点： N102
实验报告提交时间： 2015 年 10 月 16 日
一、实验目的
（1）掌握用集成运算放大电路组成的比例、求和电路的特点及性能；
（2）掌握用运算放大器组成积分微分电路的方法；
（3）学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验仪器
（1）数字万用表；
（2）双踪示波器；
（3）信号发生器。
三、实验内容
1.电压跟随电路
实验电路图如下，按表1内容实验并测量记录。
表1
U i/V -2 -0.5 0 +0.5 1 U0/V R L=∞-2.005 -0.502 / 0.499 1.002 R L=5.1kΩ-2.003 -0.502 / 0.499 1.002
2.反相比例放大器
实验电路如图，U0=-RF*Ui/R1,按表2内容实验并测量记录。
表2
3.同相比例放大电路
实验电路如下所示，U0=(1+RF/R1)Ui,按表3实验测量并记录。
表3
直流输入电压U i /mV
30
100 300 1000 3000 输出电压 U 0
理论估算/V / -1.000 -3.000 -10 -30 实际值/V
/ -1.0211 -3.030 -9.916 -9.970 误差/mV
/
21.1
30
84
20030
直流输入电压U i/mV 30 100 300 1000
3000
输出电压U0理论估算/V / 1.1 3.3 11 33
实际值/V / 1.090 3.301 11.095 11.340 误差/mV / 10 1 95 21660
4.反相求和放大电路
实验电路如图，U0=-RF(Ui1/R1+Ui2/R2),按表4内容进行实验测量。
表4
Ui1/V 0.3 -0.3
Ui2/V 0.2 0.2
U0/V -5.032 0.951
U0估/V -5.000 1.000
5.积分电路
（1）Ui输入频率为100Hz、幅值为±1V（峰峰值为2V）的方波信号。同时观察和比较Ui与U0的幅值大小及相位关系，并记录波形。
四、实验结果与讨论
（1）总结本实验中的6种运算电路的特点及性能；
答：
一、电压跟随器具有输入电阻高、带负载能力强的特点。
二、反相比例放大电路的输出电压与输入电压保持反相关系。输入电阻不大，输出电阻R0=0。
三、同相比例放大电路的输出电压与输入电压保持同向关系。输入电压越大，输出电压也越大。电路具有输入电阻高、输出电阻低的优点，但同相端与反相端同处于高电位，实际应用时有其不利因素。
四、反相求和放大电路兼具反相比例放大电路和反相加法电路的特点。
五、积分电路结构简单，输出电压为输入电压对时间的积分。
（2）整理实验中的数据及波形；
（3）分析理论计算与实验结果之间出现误差的原因。
答：
1.电源内阻导致误差；
2.导线本身有电阻导致误差；
3.仪器本身测量有误差；
4.电阻值不恒等电路标出值；
5.环境温度对电阻有影响导致误差；
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日备注：
注：1、报告内的工程或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
模拟电路课程设计报告 题目：积分、微分、比例运算电路 一、设计任务与要求 ①设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。 ②用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能 ③用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。 二、方案设计与论证 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V），为运算电路提供偏置电源。此电路设计要求同时实现比例、积分、微分运算等功能。即在一个电路中利用开关或其它方法实现这三个功能。
方案一： 用三个Ua741分别实现积分、微分和比例功能，在另外加一个Ua741构成比例求和运算电路，由于要单独实现这三个功能，因此在积分、微分和比例运算电路中再加入三个开关控制三个电路的导通与截止，从而达到实验要求。 缺点：开关线路太多，易产生接触电阻，增大误差。此运算电路结构复杂，所需元器件多，制作难度大，成本较高。并且由于用同一个信号源且所用频率不一样，因此难以调节。 流程图如下： 图1 方案二: 用一个Ua741和四个开关一起实现积分、微分和比例功能，并且能够单独实现积分、微分或比例功能。 优点：电路简单，所需成本较低。 电路图如下： 积分运算电路 微分运算电路 比例运算电路 比例求和运算电路
图2 三、单元电路设计与参数计算 1、桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 其流程图为： 图3 直流电源电路图如下： 电源变 压器 整流电路 滤波电路 稳压电路
V1220 Vrms 50 Hz 0?? U11_AMP T1 7.32 1D21N4007 D3 1N4007D4 1N4007 C13.3mF C23.3mF C3220nF C4220nF C5470nF C6470nF C7220uF C8220uF U2LM7812CT LINE VREG COMMON VOLTAGE U3LM7912CT LINE VREG COMMON VOLTAGE D51N4007D61N4007 LED2 LED1 R11k|?R21k|?23 4 5 D1 1N400715 16 6 7 14 17 图4 原理分析： (1)电源变压器： 由于要产生±12V 的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V 的变压器。 (2)整流电路： 其电路图如下： 图5 ①原理分析： 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，
尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。 比例（P）控制 单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。 对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。 单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。 比例积分（PI）控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。 积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。 积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。 积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。 比例微分（PD）控制
实验七比例求和运算及微分运算电路 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的特点，性能及使用方法。 2.掌握比例求和电路，微积分电路的测试和分析方法。 3.掌握各电路的工作原理和理论计算方法。 二.实验仪器 1.GOS-620模拟示波器 2.GFG-8250A信号发生器 3.台式三位半数字万用表 4.指针式交流毫伏表 5.SPD3303C直流电源 三.实验内容及步骤 1.搭接电压跟随器并验证其跟随特性，测量2-3组数据进行验证。 Ui(V) 6.0mV 7.0mV 8.0mV Uo(V) 6.0mV 7.0mV 8.0mV 2.测量反向比例电路的比例系数，测量其计算值与理论值进行比较
理论值：Uo=-(R F/Ri)*Ui,ui=7mV,uo=-70mV 实际值： uo=7mV,ui=69mV 3.测量同相比例放大器的比例系数及上限截止频率 理论值:uo=-(1+RF/Ri)*ui,ui=6.9mV,uo=75.9mV 实际值:ui=6.9mV,uo=76mV 4.测量反相求和电路的求和特性，注意多路输入信号可通过电阻分压法获取 仿真值如下图所示， Ui1=3.185mV,Ui2=1.706mV,Uo=48.899mV, 满足输入与输出运算关系: Uo=-［(RF /R1)*Ui1+( RF /R2)*Ui2］
5.验证双端输入求和的运算关系
6.积分电路 如图所示连接积分运算电路，检查无误后接通±12V直流电源 ①取ui=-1V,用示波器观察波形uo,并测量运放输出电压值的正向饱和电压值 正向饱和电压值为11V ②取ui=1V,测量运放的负向饱和电压值。注意±1V的信号源可用1Hz交流信号代替 反向饱和电压值为-11V ③将电路中的积分电容改为0.1uF，ui分别输入1kHz幅值为2V的方波和正弦波信号， 观察ui和uo的大小及相位关系并记录波形，计算电路的有效积分时间。 Ui=1.414V,Uo=222.157mV
积分电路 这里介绍积分电路的一些常识。下面给出了积分电路的基本形式和波形图。 当输入信号电压加在输入端时,电容（C）上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻（R）、电容（C）的特性可有下面的公式表达： i = (V/R)e-(t/CR) ?i--充电电流（A）; ?V--输入信号电压（V）; ?C--电阻值（欧姆）; ?e--自然对数常数（2.71828）;
?t--信号电压作用时间（秒）; ?CR--R、C常数（R*C） 由此我们可以找输出部分即电容上的电压为V-i*R,结合上面的计算,我们可以得出输出电压曲线计算公式为（其曲线见下图）： Vc = V[1-e-(t/CR)]
微分电路 微分电路是电子线路中最常见的电路之一,弄清它的原理对我们看懂电路图、理解微分电路的作用很有帮助,这里我们将对微分电路做一个简单介绍。图1给出了一个标准的微分电路形式。为表达方便,这里我们使输入为频率为50Hz的方波,经过微分电路后,输出为变化很陡峭的曲线。图2是用示波器显示的输入和输出的波形。 当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时,电容C上的电压开始因充电而增加。而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达（可参考右图）： i = (V/R)e-(t/CR)
?i-充电电流（A）; ?v-输入信号电压（V）; ?R-电路电阻值（欧姆）; ?C-电路电容值（F）; ?e-自然对数常数（2.71828）; ?t-信号电压作用时间（秒）; ?CR-R、C常数（R*C） 由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R,结合上面的计算,我们可以得出输出电压曲线计算公式为（其曲线见下图）： iR = V[e-(t/CR)]
比例求和运算电路
实验八 比例求和运算电路 —、实验目的 1、掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2、学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验原理 1、比例运算放大电路包括反相比例，同相比例运算电路，是其他各种运算电路的基础，我们在此把它们的公式列出： 反相比例放大器 10R R V V A F i f -== 1R r if = 同相比例放大器 1 01R R V V A F i f +== ()id Od r F A r +=1 式中Od A 为开环电压放大倍数F R R R F +=11 id r 为差模输入电阻 当0=F R 或∞=1R 时，0=f A 这种电路称为电压跟随器 2、求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果，用运算实现求和运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入或双端输入的方式，下面列出他们的计算公式。 反相求和电路 22110i F i F V R R V R R V ?+?-= 若 21i i V V = ，则 ()210i i F V V R R V += 双端输入求和电路 ?? ? ??-'=∑∑21120i i F V R R V R R R R V 式中： F R R R //1=∑ 32//R R R ='∑ 三、实验仪器 l 、数字万用表 2、示波器 3、信号发生器 4、集成运算放大电路模块 四、预习要求 1、计算表8-l 中的V 0和A f 2、估算表8-3的理论值 3、估算表8- 4、表8-5中的理论值 4、计算表8-6中的V 0值 5、计算表8-7中的V 0值
五、实验内容 1、电压跟随器 实验电路如图8-l所示. 图8-l电压跟随器 按表8-l内容实验并测量记录。 V i （V）-2 -0.5 0 0.5 0.98 V （V） R L =∞ R L = 5K1 4,96 2、反相比例放大器 实验电路如图8-2所示。 图8-2反相比例放大器 (l) 按表8-2内容实验并测量记录. 直流输入电压U i （mV）30 100 300 9803000 输出电压U 理论估算 （mV） 实测值（mV）10800 误差 (2) 按表8-3要求实验并测量记录. 测试条件理论估算值实测值 ΔU R L 开路，直流输入信号
实验九积分与微分电路 学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程 姓名：刘晓旭 学号：2011117147
一．实验目的 1．掌握集成运算放大器的特点、性能及使用方法。 2．掌握比例求和电路、微积分电路的测试和分析方法。 3．掌握各电路的工作原理和理论计算方法。 二．实验仪器 1．数字万用表2．直流稳压电源3．双踪示波器4．信号发生器5．交流毫伏表。三．预习要求 1.分析图7-8 实验电路，若输入正弦波，u o 与u i 的相位差是多少？当输入信号为100Hz、有 效值为2V时，u o =? 2.图7-8 电路中，若输入方波，u o 与u i 的相位差？当输入信号为160Hz幅值为1V时，输出 u o =? 3.拟定实验步骤，做好记录表格。 四．实验原理 集成运放可以构成积分及微分运算电路，如下图所示： 微积分电路的运算关系为： 五．实验内容： 1.积分电路 按照上图连接积分电路，检查无误后接通+12，-12V直流电源。 （1）取U i=-1v，用示波器观察波形u0，并测量运放输出电压的正向饱和电压值。
（2）取U i=1V,测量运放的负向饱和电压值。 （3）将电路中的积分电容改为改为0.1uF，u i分别输入1KHz幅值为2v的方波和正弦信号，观察u i和u o的大小及相位关系，并记录波形，计算电路的有效积分时间。 （4）改变电路的输入信号的频率，观察u i和u o的相位，幅值关系。 2.微分电路 实验电路如上图所示。 （1）输入正弦波信号，f=500Hz，有效值为1v，用示波器观察u i和u o的波形并测量输出电压值。 （2）改变正弦波频率（20Hz-40Hz），观察u i和u o的相位，幅值变化情况并记录。 （3）输入方波，f=200Hz,U=5V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验。 （4）输入三角波，f=200Hz,U=2V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验 3.积分-微分电路 实验电路如图所示 （1）输入f=200Hz,u=6V的方波信号，用示波器观察u i和u o的波形并记录。 （2）将f改为500Hz，重复上述实验。 解答： 1.（1）取U i=-1v，用示波器观察波形u0，并测量运放输出电压的正向饱和电压值 电路仿真图如下图所示：
PID－比例积分微分控制方法：原理浅释及相关资料搜集 2010-05-13 21:39:22| 分类：软件技术编程开| 标签：|字号大中小订阅 PID原理和调节（转贴） 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 一个控制系统包括控制器﹑传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。 不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PI D控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器（PLC）是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（cont roller）的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常
（一） 在自动控制系统中，P、I、D调节是比例调节，积分调节和微分调节作用。调节控制质量的好坏取决于控制规律的合理选取和参数的整定。在控制系统中总是希望被控参数稳定在工艺要求的范围内。但在实际中被控参数总是与设定值有一定的差别。调节规律的选取原则为：调节规律有效，能迅速克服干扰。 比例、积分、微分之间的联系与相匹配使用效果 比例调节简单，控制及时，参数整定方便，控制结果有余差。因此，比例控制规律适应于对象容量大负荷变化不大纯滞后小，允许有余差存在的系统，一般可用于液位、次要压力的控制。 比例积分控制作用为比例及时加上积分可以消除偏差。积分会使控制速度变慢，系统稳定性变差。比例积分适应于对象滞后大，负荷变化较大，但变化速度缓慢并要求控制结果没有余差。广泛使用于流量，压力，液位和那些没有大的时间滞后的具体对象。 比例微分控制作用：响应快、偏差小，能增加系统稳定性，有超前控制作用，可以克服对象的惯性，控制结果有余差。适应于对象滞后大，负荷变化不大，被控对象变化不频繁，结果允许有余差的系统。 在自动调节系统中，E=SP-PV。其中，E为偏差，SP为给定值，PV为测量值。当SP 大于PV时为正偏差，反之为负偏差。 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比；当比例度为100时，比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1：1动作。当比例度为10时，按lO：l动作。即比例度越小。比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调，造成系统收敛过程的波动周期太多，衰减比太小。其作用是稳定被调参数。 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太弱会使系统存在余差。 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。 参数设定的方法一般是，先比例次积分后微分的顺序进行。看曲线调参数，从调节品质的曲线逐步找到最佳参数． 在随动系统中，采用数字PI控制可以达到控制精度高、无超调、响应快、曲线拟合精度高等优点，并简化了控制电路。传统的位置式PI算法一般是可以达到基本控制要求，但必须有一个前提：控制周期要足够小。如果控制周期过长，曲线拟合差，要达到15％的曲线拟合误差有点困难，甚至可能会造成系统失控，并造成对机械设备的损伤。因此，针对本文所提到的控制系统，不能简单的采用位置式PI算法，而应该对其进行改进，以适应该控制系统的要求。 比例系数K是和每次采样的偏差值有直接关系，因此提高Kp能使系统响应较快；同时积分系数Ⅸ尾和前面所有的采样偏差值有关，由于采样周期长，每次采样的
实验报告（1） 学院： 课程名称： 实验项目：比例、求和运算电路专业班级： 小组成员： 姓名： 学号： 指导老师：
学生实验报告 一、实验目的 1．掌握运算放大器组成比例求和电路的特点性能及输出电压与输入电压的函数关系。 2．学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验仪器及设备 示波器、TB型模拟电路实验仪和⑤号实验板等。 三、实验电路原理 集成运算放大器是具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。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。 四、实验内容及步骤 每个比例、求和运算电路实验，都应先进行以下两项： 1．按电路图接好线后，仔细检查，确保正确无误。 将各输入端接地，接通电源，用示波器观察是否出现自激振荡。若有自激振荡，则需更换集成运算放大电路。
2． 调零：各输入端仍接地，调节调零电位器，使输出电压为零（用示波器测量） ⑴ 反相比例放大器 实验电路如图J5-1所示 图J5-1 反相比例放大器 预习要求： 分析图J5-1反相比例放大器的主要特点（包括反馈类型），求出表J5-1的理论估算值。 表J5-1 实验内容： 在5号实验模板上按图J5-1“反相比例放大器”连好线，并接上电源线，做表J5-1中的内容。 将反相比例放大器的输入端接DC 信号源的输出，将DC 信号源的转换开关置于合适位置，调节电位器，使i V 分别为表J5-1中所列各值，分别测出o V 的值，填在该表中。 ⑵ 同相比例放大器
实验电路如图J5-2所示。 预习要求： ①分析图J5-2同相比例放大器的主要特点（包括反馈类型），求出表J5-2各理论估算值。 ②熟悉实验任务，自拟实验步骤，并做好实验记录准备工作。 图J5-2同相比例放大器 表J5-2 ⑶电压跟随器 实验电路如图J5-3所示 预习要求： ①分析图J5-3电路的特点，求出表J5-3中各理论估算值。 ②熟悉实验任务，自拟实验步骤，并做好实验记录准备工作。
实验六比例求和运算及其微积分电路
实验六 比例求和运算及微积分电路 实验内容及步骤 1 ．搭接电压跟随器并验证其跟随特性。 U1 UA741CP 3 2 4 76 5 112V VEE -12V VCC VEE XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ +_ R15.1kΩ2 1 仿真图如上 输出输入波形重合,其跟随特性得以验证. 实测数据显示Uo=Ui,验证运放性能良好。 2 ．测量反相比例电路的比例系数。
由图：为反相比例放大，输入电压为10mv，输出电压为100mv，且输出波形与输入波形反相，放大倍数10。 理论值：Uo=-Rf/Ri*Ui=-10Ui，反相比例系数为-10. 实测数据如下： Uo/mv 10 15 20 Ui/v 0.11 0.165 0.22
分析，Uo与Ui反相，反相比例电路的比例系数为-10. 3 ．测量同相比例放大器的比例系数及上限截止频率。 仿真图如下： 输入输出波形如下 由图：Ui=10mv,Uo=100mv,且输入输出同相，放大系数约为10倍。实测数据如下： Ui/mv 10 20 30 40 50 60 Uo/v 0.11 0.22 0.33 0.43 0.545 0.66
Au 11 11 11 10.5 10.9 11 所以实际放大倍数约为11，与理论值接近。 测量截止频率：首先将函数发生器的输入电压幅值调为20mv，此时观察示波器输出约为0.22v，然后调节函数发生器的调频旋钮，随着频率增大，当 Uo=0.22*0.707=0.15554v时，对应电压即为上限截止频率，fh=94.78khz. 4 ．测量反相求和电路的求和特性。
实验八 比例求和运算电路 —、实验目的 1、掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2、学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验原理 1、比例运算放大电路包括反相比例，同相比例运算电路，是其他各种运算电路的基础，我们在此把它们的公式列出： 反相比例放大器 10R R V V A F i f -== 1R r if = 同相比例放大器 1 01R R V V A F i f +== ()id Od r F A r +=1 式中Od A 为开环电压放大倍数F R R R F +=11 id r 为差模输入电阻 当0=F R 或∞=1R 时，0=f A 这种电路称为电压跟随器 2、求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果，用运算实现求和运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入或双端输入的方式，下面列出他们的计算公式。 反相求和电路 22 110i F i F V R R V R R V ?+?-= 若 21i i V V = ，则 ()210i i F V V R R V += 双端输入求和电路 ??? ??-'=∑∑21120i i F V R R V R R R R V 式中： F R R R //1=∑ 32//R R R ='∑ 三、实验仪器 l 、数字万用表 2、示波器 3、信号发生器 4、集成运算放大电路模块
四、预习要求 1、计算表8-l中的V0和A f 2、估算表8-3的理论值 3、估算表8- 4、表8-5中的理论值 4、计算表8-6中的V0值 5、计算表8-7中的V0值 五、实验内容 1、电压跟随器 实验电路如图8-l所示. 图8-l电压跟随器按表8-l内容实验并测量记录。 表 8-1 V i（V）-2 -0.5 0 0.5 0.98 V0（V）R L=∞ R L= 5K1 4,96 2、反相比例放大器 实验电路如图8-2所示。 图8-2反相比例放大器(l) 按表8-2内容实验并测量记录. 表8-2
PID控制——比例控制、积分控制、微分控制 比例控制 TITLE:比例控制(P) (Proportional control action) 比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。 比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。用MVp运算式的设定举例: 图1
图2：比例带与输出的关系。 稳态误差(Off set) 比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(off set)。仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。比例带小时不会产生。为消除稳态误差，我们设定手动复位值--manual reset值(MR)，以消除控制误差。 图3：比例控制产生的off set。 手动复位(Manual reset)
式1：MR: manual reset值。 如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。为此，将 MR(manual reset值)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于off set的量，就能与目标值一致。这就叫做手动复位(manual reset)，通常比例调节器上 配有此功能。在实际的自动控制中，每次发生off set时以手动进行reset的话，这样并不实用。在后面将叙述的积分控制功能，能自动消除稳态误差。 图4 积分控制 积分控制(I) (Integral control action) 所谓积分控制(I)，就是在出现稳态误差时自动的改变输出量，使其与手动复位动作的输出量相同，达到消除稳态误差的目的。当系统存在误差时，进行积分控制，根据积分时间的大小调节
实验六 比例求和运算及微积分电路 实验内容及步骤 1 ．搭接电压跟随器并验证其跟随特性。 仿真图如上 输出输入波形重合,其跟随特性得以验证. 实测数据显示Uo=Ui,验证运放性能良好。 2 ．测量反相比例电路的比例系数。
由图：为反相比例放大，输入电压为10mv，输出电压为100mv，且输出波形与输入波形反相，放大倍数10。 理论值：Uo=-Rf/Ri*Ui=-10Ui，反相比例系数为-10. 实测数据如下： 分析，Uo与Ui反相，反相比例电路的比例系数为-10. 3 ．测量同相比例放大器的比例系数及上限截止频率。 仿真图如下：
输入输出波形如下 由图：Ui=10mv,Uo=100mv,且输入输出同相，放大系数约为10倍。 实测数据如下： 所以实际放大倍数约为11，与理论值接近。 测量截止频率：首先将函数发生器的输入电压幅值调为20mv，此时观察示波器输出约为0.22v，然后调节函数发生器的调频旋钮，随着频率增大，当Uo=0.22*0.707=0.15554v时，对应电压即为上限截止频率，fh=94.78khz. 4 ．测量反相求和电路的求和特性。
分析：输入Ui1=20mv，Ui2=10mv，输出Uo=2.5v，且输出与输入反相。理论值：Uo=-（R3/R2*Ui1+R3/R1*Ui2)=-(10*Ui1+10*Ui2) 5 ．验证双端输入求和电路的运算关系。
输入输出波形： 输入电压Ui2为20mv，Ui1为10mv，输出Uo为100mv。 理论值：Uo=Rf/R1(Ui2-Ui1)=10(Ui2-Ui1) ∵实验值Uo与理论值Uo接近，∴双端输入求和电路的运算关系为Uo=Rf/R1(Ui2-Ui1) 6 ．积分电路 按照图7-8（a ）连接积分电路，检查无误后接通±12V 直流电源。
比例求和积分微分电路 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
报告 课程名称：模拟电路 实验名称：比例、求和、积分、微分电路 学院：信息工程学院 专业：班级： 3 组号：指导教师：吴迪 报告人：李子茜学号： 16 实验时间： 2015 年 10 月 9 日星期五 实验地点 N102 实验报告提交时间： 2015 年 10 月 21 日 一、实验目的 1、掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能； 2、掌握用运算放大器组成积分微分电路； 3、学会上述电路的测试和分析方法
二、实验仪器 1、数字万用表 2、双踪示波器 3、信号发生器 三、预习要求 （1）复习比例、求和、积分微分电路的基本工作原理； （2）估算所有要填入表格的理论值； （3）拟定实验步骤，做好记录表格。 对于理想运放，当其工作在线性状态时，若U+≈U-,则这一特性称为理想运放输入端的“虚短路”特性；若I+=I-≈0,则这一特性称为理想运放输入端的“虚开路”特性。 四、实验内容 1.熟悉电压跟随电路 运算放大器UA741上的引脚排列如图5-5所示。1和5为偏置（调零端），2为反向输入端，3为正向输入端，4为-Vcc，6为输出端，7接+Vcc，8为空脚。 电压跟随实验电路如图5-6所示。按表5-18内容实验并测量记录。注意：集成运放实验板上的+12V、-12V和GND孔必须与实验箱上电源部分的+12V、-12V和GND 孔连接，以保证集成运放的正常供电。 图5-5 UA741引脚排列图 图5-6 电压跟随电路 2.熟悉反相比例放大器 反相比例放大电路的实验电路如图5-7，已知Uo=-RF*Ui/R1,按表5-19的实验内容测量并测量记录。 表5-7 反相比例放大电路 3.熟悉同相比例放大电路 同相比例放大电路的实验电路如图5-8所示。U0=(1+R F/R1)U i,按表5-20的实验内容测量并记录。 图5-8 同相比例放大电路 表5-20 同相比例放大电路测试表
PID(比例微分积分)调节口诀 PID(比例微分积分)调节口诀（转贴） 1. PID常用口诀: 参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1， 2. 一看二调多分析，调节质量不会低 2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。 3.PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID 调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-stat e Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性
实验四 比例求和运算电路 一、实验目的 1．掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。 2．学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验仪器 1.数字万用表 2.信号发生器 3.双踪示波器 其中，模拟电子线路实验箱用到直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”模板。 三、实验原理 （一）、比例运算电路 1．工作原理 a ．反相比例运算,最小输入信号min i U 等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。 如下图所示。 A V i V o R 100k Ω R 1 10k Ω R 2 10k Ω A B 输入电压i U 经电阻R 1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R 2接地。输出电压O U 经R F 接回到反相输入端。通常有： R 2=R 1F o 1i u u u u -=---???????==-==1i i if 1F i o uf R i u R R R u u A A V i V o 100k Ω R 1 10k Ω R 210k ΩA B i U O U o F u R R R u ?+=-11i o F u u R R R =?+111F i o uf R R 1u u A +==∞==i i if i u R 1212i i o F u u u R R R +=- 1212()F F o i i R R u u u R R =-+12()F o i i R u u u R =-+压跟随电路 实验电路如图1所示。按表1内容进行实验测量并记录。 理论计算： 得到电压放大倍数：
即：Ui=U+=U-=U 图1 电压跟随器 直流输入电压Vi（v）-201 输出电 压Vo(v) Rl=∽ Rl= 从实验结果看出基本满足输入等于输出。 2、反相比例电路 理论值：（Ui-U-）/10K=（U--UO）/100K且U+=U-=0故UO=-10Ui。 实验电路如图2所示： 图2：反向比例放大电路 （1）、按表2内容进行实验测量并记录. 表2:反相比例放大电路（1） （2）、按表3进行实验测量并记录。 测试条件被测量理论估算实直流输入电压输入 Vi（mv）3010 30 10 00 30 00输出电 压 Vo(v) 理论值 实测值 误差
电子知识 微分电路(13)积分电路(20) 输出电压与输入电压成微分关系的电路为微分电路，通常由电容和电阻组成；输出电压与输入电压成积分关系的电路为积分电路，通常由电阻和电容组成。微分电路、积分电路可以分别产生尖脉冲和三角波形的响应。积分运算和微分运算互为逆运算，在自控系统中，常用积分电路和微分电路作为调节环节；此外，他们还广泛应用于波形的产生和变换以及仪器仪表之中。以集成运放作为放大电路，利用电阻和电容作为反馈网络，可以实现这两种运算电路。 （一）积分电路和微分电路的特点 1:积分电路可以使输入方波转换成三角波或者斜波 微分电路可以使使输入方波转换成尖脉冲波 2:积分电路电阻串联在主电路中，电容在干路中 微分则相反 3：积分电路的时间常数t要大于或者等于10倍输入脉冲宽度 微分电路的时间常数t要小于或者等于1/10倍的输入脉冲宽度 （二）他们被广泛的用于自控系统中的调节环节中，此外还广泛应用于波形的产生和变换以及仪表之中。 （三）验证：你比如说产生三角波的方法，有这样两个简单的办法，第一就是在方波发生电路中，当滞回比较器的阈值电压数值比较小时，咱们就可以把电容两端的电压看成三角波，第二呢直接把方波电压作为积分运算电路的发生电路的输出电压uo1=+Uz,时积分电路的输出电压uo将线性下降；而当
uo1=-Uz时，uo将线性上升；从而产生三角波，这时你就会发现两种方法产生的三角波的效果还是第二种的好，因为第一种方法产生的三角波线性度太差，而且如果带负载后将会使电路的性能发生变化。你可以用我说的这两种方法分别试试就知道差别优势了。 积分电路和微分电路当然是对信号求积分与求微分的电路了，它最简单的构成是一个运算放大器，一个电阻R和一个电容C，运放的负极接地，正极接电容，输出端Uo再与正极接接一个电阻就是微分电路，设正极输入Ui，则Uo=-RC(dUi/dt)。 当电容位置和电阻互换一下就是积分电路，Uo=-1/RC*(Ui 对时间t的积分），这两种电路就是用来求积分与微分的。方波输入积分电路积分出来就是三角波，而输入微分电路出来就是尖脉冲。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准
深圳大学实验报告 课程名称：模拟电路 实验名称：比例、求和、积分、微分电路 学院：信息工程学院 专业：班级： 07 组号：指导教师：吴迪 报告人：王逸晨学号： 2014130358 实验时间： 2015 年 10 月 2 日星期五 实验地点： N102 实验报告提交时间： 2015 年 10 月 16 日
一、实验目的 （1）掌握用集成运算放大电路组成的比例、求和电路的特点及性能； （2）掌握用运算放大器组成积分微分电路的方法； （3）学会上述电路的测试和分析方法。 二、实验仪器 （1）数字万用表； （2）双踪示波器； （3）信号发生器。 三、实验内容 1.电压跟随电路 实验电路图如下，按表1内容实验并测量记录。 表1 U i/V -2 -0.5 0 +0.5 1 U0/V R L=∞-2.005 -0.502 / 0.499 1.002 R L=5.1kΩ-2.003 -0.502 / 0.499 1.002
2.反相比例放大器 实验电路如图，U0=-RF*Ui/R1,按表2内容实验并测量记录。 表2 3.同相比例放大电路 实验电路如下所示，U0=(1+RF/R1)Ui,按表3实验测量并记录。 表3 直流输入电压U i /mV 30 100 300 1000 3000 输出电压 U 0 理论估算/V / -1.000 -3.000 -10 -30 实际值/V / -1.0211 -3.030 -9.916 -9.970 误差/mV / 21.1 30 84 20030
直流输入电压U i/mV 30 100 300 1000 3000 输出电压U0理论估算/V / 1.1 3.3 11 33 实际值/V / 1.090 3.301 11.095 11.340 误差/mV / 10 1 95 21660 4.反相求和放大电路 实验电路如图，U0=-RF(Ui1/R1+Ui2/R2),按表4内容进行实验测量。 表4 Ui1/V 0.3 -0.3 Ui2/V 0.2 0.2 U0/V -5.032 0.951 U0估/V -5.000 1.000
PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，它是一个数学物理术语。 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC 系统等等。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制: 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制: 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制: 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。