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实验报告课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________ 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型： 电路实验 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.掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。
2.掌握基本运算电路的调试方法。
3.学习集成运算放大器的实际应用。
二、实验内容和原理1.实现反相加法运算电路2.实现反相减法运算电路3.用积分电路将方波转换为三角波4.同相比例运算电路的电压传输特性（选做）5.查看积分电路的输出轨迹（选做）三、主要仪器设备HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 示波器、信号发生器、万用表 实验箱LM358运放模块四、操作方法和实验步骤1.两个信号的反相加法运算1) 按设计的运算电路进行连接。
2) 静态测试：将输入接地，测试直流输出电压。
保证零输入时电路为零输出。
3) 调出0.2V 三角波和0.5V 方波，送示波器验证。
4) V S1输入0.2V 三角波，V S2输入0.5V 方波，用示波器双踪观察输入和输出波形，确认电路功能正确。
记录示波器波形（坐标对齐，注明幅值）。
2. 减法器（差分放大电路）减法器电路，为了消除输入偏置电流以及输入共模成分的影响，要求R1=R2、RF=R3。
专业： 姓名：学号： 日期： 地点：学生序号61) 按设计的运算电路进行连接。
2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。
3) V S1和V S2输入正弦波（频率和幅值），用示波器观察输入和输出波形，确认电路功能正确。
4) 用示波器测量输入和输出信号幅值，记到表格中。
3.用积分电路转换方波为三角波电路中电阻R2的接入是为了抑制由I IO、V IO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。
集成运算放大器基本应用 （模拟运算电路）实训指导（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。
另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。
有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。
因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。
并记下元器件的实际数值。
否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。
）一．实验目的1．研究由集成运放组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2．了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二．实验原理集成运算放大器是一种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器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路。
1)反相比例运算电路电路如图8—1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为i F O U R RU 1-=为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相端应接入平衡电阻R 2=R 1||R F 。
U OOU U图8—1 图8—22)反相加法电路电路如图8—2，输出电压与输入电压之间的关系为)(2211i F i F O U R RU R R U +-=R 3= R 1‖R 2‖R F 3)同相比例运算电路图8—3(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i F O U R R U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=11 R 2 = R 1‖R F当R 1 ∞，U o =U i ，即得到如图8—3(b)所示的电压跟随器，图中R 2=R F ，用以减小漂移和起保作用。
一般R F 取10K Ω，R F 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
实验四 集成运放组成的基本运算电路一． 实验目的1．掌握集成运算放大器的正确使用方法。
2．了解集成运算放大器在信号放大和模拟运算方面的应用。
二． 实验设备实验箱 1个实验电路板 1个数字万用表 1个三． 简述运算放大器是具有两个输入端和一个输出端的高增益、高输入阻抗的多级直接耦合电压放大器。
只要在集成运放的外部配以适当的电阻和电容等器件就可构成比例、加减、积分、微分等模拟运算电路。
在这些应用电路中，引入了深度负反馈，集成运放工作在线性放大区，属于运算放大器的线性应用范畴，因此分析时可将集成运放视为理想运放，运用虚断和虚短的原则。
虚断：即认为流入运放两个净输入端的电流近似为零。
虚短：即认为运放两个净输入端的电位近似相等(u +≈ u -)。
从而可方便地得出输入与输出之间的运算表达式。
使用集成运算放大器时，首先应根据运放的型号查阅参数表，了解其性能、指标等，然后根据管脚图连接外部接线（包括电源、调零电路、消振电路、外接反馈电阻等等）。
四． 设计实验要求1. 设计由双列直插通用集成运放μA741构成的基本运算电路，要求实现：反相比例运算，反相加法运算，同相比例运算，电压跟随器，差动运算（减法运算）等5种运算。
每一运算电路需要设计两种典型的输入信号。
2. 自己设计选择电路参数和放大倍数，画出电路图并标出各电阻的阻值（μA741的最大输出电流小于10mA ，因此阻值选取不能小于1KΩ）。
3. 自拟实验步骤。
4. 电源电压一律取12V ±。
本实验用直流信号源，自己选择输入信号源的取值，已知信号源（5i u V ≤）。
5. 设计举例：反相比例运算电路的设计反相比例放大器的运算功能为：1R R u u A F i o uf -==； 设,10-=uf A 负反馈电阻Ω=K R F 100；可以计算出110R K =Ω，平衡电阻100//109.1R K '=≈Ω。
max =9o u V，max max 90.910o i uf u u V A ∴≤==，即输入信号的设计值小于0.9V ±。
实验13 集成运放组成的基本运算电路一、实验目的：1．掌握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．了解集成运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
3．掌握在放大电路中引入负反馈的方法。
二、实验内容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。
三、实验准备1．复习教材中有关集成运放的线性应用部分。
2．拟定实验任务所要求的各个运算电路，列出各电路的运算表达式。
3．拟定每项实验任务的测试步骤，选定输入测试信号υS 的类型（直流或交流）、幅度和频率范围。
4．拟定实验中所需仪器和元件。
5．在图9.30所示积分运算电路中，当选择υI ＝0.2V 时，若用示波器观察υO （t ）的变化轨迹，并假定扫速开关置于“1s/div ”，Y 轴灵敏度开关置于“2V/div ”，光点一开始位于屏幕左上角，当开关S 2由闭合转为打开后，电容即被充电。
试分析并画出υO 随时间变化的轨迹。
四、实验原理与说明由集成运放、电阻和电容等器件可构成比例、加减、积分、微分等模拟运算电路。
在这些应用中，须确保集成运放工作在线性放大区，分析时可将其视为理想器件，从而得出输入输出间的运算表达式。
下面介绍几种常用的运算电路：1．反相加法运算电路如图9.27所示，其输入与输出之间的函数关系为：)(2211I f I fO v R R v R R v +-=图9.27 反相加法运算电路 通过该电路可实现信号υI1和υI2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，须在运放同相端接入平衡电阻R 3，其阻值应与运放反相端的外接等效电阻相等，即要求R 3= R l ∥R 2∥R f 。
实验时应注意：（1）为了提高运算精度，首先应对输出直流电位进行调零，即保证在零输入时运放输出为零。
（2）输入信号采用交流或直流均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频率响应和输出幅度的限制。
实验2.3 集成运放的基本运算电路
一、实验目的
1、进一步熟悉THM-4模拟电路实验箱面板布局。
2、深入理解集成运放工作于线性区的条件与特点。
3、掌握用集成运算放大器组成电压跟随器、比例、求和电路的特点及性能。
4、学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验原理
由于集成电路运放通常都具有极高的差模电压增益，欲使其稳定工作于线性状态下，必须加入深度负反馈，否则它必将工作于非线性状态。
图2.3.1(a)所示是在集成运放中引入了电压负反馈的电路，（b ）则是其理想化后的闭环电压传输特性。
由此可见，假设A f =2，输入电压U i 不超出-5V —+5V 的范围,则运放将稳定工作于线性区A0B 内,当U i 超出线性范围时，集成运放将进入
饱和状态，输出保持为最大值不变（其大小决定于电源电压）。
对于这一点，有时容易忽视甚至误解，以为在集成运放中加入负反馈后，其输出就会随输入而无限增加，这是必须加以注意的。
图2.3.1
(b) 闭环电压传输特性
(a) 引入电压负反馈集成运放电路
U i
U o
对于理想化了的运放，当它工作于线性状态下时具有两个十分突出的特点。
其一是“虚断”，即I +=I -=0；其二是“虚短”，即U +=U -（在反相输入同相接地电路中因U +=0，故“虚短”又可引伸为“虚地”）。
不管电路结构形式如何复杂，均可根据这两个特点推导出输出与输入之间的函数关系。
例如在图2.3.1（a ）中，由于I +=I -（I -=0），U -=0（虚地），故有
这就是反相放大器的闭环电压传输特性。
其中
称为闭环电压放大倍数。
实际运行与理想运放之间总存在一定的差异，故在实际使用中常采用一些措施以减小它的误差，提高其运算精度。
经常采用的一个措施是加入平衡电阻R ，以保证实际运放的反相与同相输入端对地的等效电阻相等，从而使其处于对称与平衡工作状态，减小由输入偏置电流引入的误差。
其次是防自激，运放在使用中有时会产生自激，此时即使U i =0，也会产生一定的交流输出、使运放无法正常工作。
消余自激的办法是在电源端加接去耦电容或增设电源滤波电路，同时应尽可能减小线路、元件间的分布电容，对于具有补偿引脚的集成运放器件，还可接入适当的补偿电容。
三、实验设备
1、模拟电路实验箱 一套
2、示波器 一台
3、数字万用表 一块
1
R R A f f -
=i
f U R R U =-=1
四、实验任务及步骤
本次实验所选用的集成运放为uA741，它是一种单运放,本实验采用 12V 电源。
1、熟悉THM-14模拟电路实验箱的面板。
2、电压跟随器
按实验电路图2.3.2连线，加入不同的直流信号电压U i 至正相输入端，用数
字电压表测出U o (加负载和不加负载)，记入表2.3.1中。
3、反相比例放大器
首先测量所选的电阻值，然后按实验电路图2.3.3连线，加入不同的直流信
表2.3.1 U U o
图2.3.2 电压跟随器
U U o
图2.3.3 反相比例放大器
U o
图2.3.4 同相比例放大器
100K 100K
号电压U i 至反相输入端，用数字电压表测出U b1、U b2和U o ，记入表2.3.2中。
1f 4、同相比例放大器
首先测量所选的电阻值，然后按实验电路图2.3.4连线，加入不同的直流信号电压U i 至同相输入端，用数字电压表测出U b1、U b2和U o ，记入表2.3.3中。
表2.3.3 R 1= K Ω R f = K Ω
5、反相加法器
首先测量所选的电阻值，然后按实验电路图2.3.5连线，再按表2.3.4给定的U A 、U B 值，测量相应的输出电压U o 。
表2.3.4 R 1= K Ω R 2= K Ω R f = K Ω U U o
图2.3.5 反相求和放大器
10K
U
6、减法器（差动放大器）
首先测量所选的电阻值，然后按图3.3.6接线，再按表3.3.5给定的U A 、U B
值，测量相应的输出电压U o 。
7、多级运算放大器
首先测量所选的电阻值，然后按实验电路图2.3.7连线，再按表3.3.6给定的U A 、U B 值，测量相应的输出电压U 01和U 02。
表2.3.5 R 1= K Ω R 2= K Ω R f = K Ω
图2.3.6 减法器
U U o
U
U 图2.3.7 多级运算放大器电路图 10K
U
五、报告要求
1、按理想运放推导出实验电路中输入与输出的函数关系式，并根据选定的电路参数与给定的U i 计算出输出量U o ，再与实测结果比较，说明产生误差的原因。
2、实测结果，在同一座标纸上绘出反相与同相比例放大器的电压传输特性曲线。
3、总结电压跟随器的特点。
六、注意事项
1、用万用表测量电阻的阻值时，电阻不得带电（关断直流电压电源），且至少应有一端从电路中断开（即不能有回路）。
2、运放±12V 电源电压由模拟电路实验箱提供。
3、 自己检查运放好坏。
可以有多种方法来进行，若按图2.3.4正确连接，检查无误后（无断线）接通电源，一定会得出如下结果V i =V +=V -= V i ,否则就可以确定运放是坏的。
4、μA741集成运放管脚图及管脚说明
表2.3.6 R 1= K Ω R 2= K Ω R f1= K Ω R 3 K Ω R f2= K Ω
1— 调零端
5—调零端 2— 反相输入端 6—输出端 3— 同相输入端 7—正电源 4— 负电源
8—空脚
七、思考题
1、何谓“虚地”？它在什么条件下才能发生？“虚地”点可以直接接地吗？为什么？
2、在反相比例放大器实验中，若A
f =5，U
i
=4V，则输出电压U
o
为什么不等于
-20V？。
