比例求和积分微分电路

第1篇

一、实验背景与目的

运算电路是电子技术中一种重要的基本电路，它能够实现信号的放大、求和、求差、积分、微分等功能。本次实验旨在通过搭建和测试运算电路，加深对运算电路原理、性能和应用的理解，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实验内容与步骤

1. 实验器材

实验器材包括：运算放大器、电阻、电容、直流电源、信号发生器、示波器、数字万用表等。

2. 实验步骤

（1）搭建反相比例运算电路：将运算放大器连接成反相比例运算电路，根据实验要求选择合适的电阻和电容参数。

（2）搭建同相比例运算电路：将运算放大器连接成同相比例运算电路，根据实验要求选择合适的电阻和电容参数。

（3）搭建反相求和运算电路：将运算放大器连接成反相求和运算电路，根据实验要求选择合适的电阻和电容参数。

（4）搭建积分运算电路：将运算放大器连接成积分运算电路，根据实验要求选择合适的电阻和电容参数。

（5）搭建微分运算电路：将运算放大器连接成微分运算电路，根据实验要求选择合适的电阻和电容参数。

（6）测试电路性能：使用示波器观察电路输出波形，使用数字万用表测量电路输出电压和电流，分析电路性能。

三、实验结果与分析

1. 反相比例运算电路

实验结果表明，反相比例运算电路能够实现输入信号与输出信号的线性关系，且输出电压与输入电压成反比。通过调整电阻和电容参数，可以改变电路的电压放大倍数。 2. 同相比例运算电路

实验结果表明，同相比例运算电路能够实现输入信号与输出信号的线性关系，且输出电压与输入电压成正比。通过调整电阻和电容参数，可以改变电路的电压放大倍数。

3. 反相求和运算电路

实验结果表明，反相求和运算电路能够实现多个输入信号的求和，且输出电压与输入电压之和成反比。通过调整电阻和电容参数，可以改变电路的求和系数。

4. 积分运算电路

实验结果表明，积分运算电路能够实现输入信号的积分，且输出电压与输入电压的积分成正比。通过调整电阻和电容参数，可以改变电路的积分时间常数。

比例求和放大电路实验

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；

3、掌握各电路的工作方法。

二、实验仪器与设备

三、实验原理

实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。运算放大器是具有高增益、高输入阻抗的直接耦合放大器。它外加反馈网络后，可实现各种不同的电路功能。如果反馈网络为线形电路，运算放大器可实现加、减、微分、积分运算；如果反馈网络为非线形电路，则可实现对数、乘法、除法等运算；除此之外还可组成各种波形发生器，如正弦波、三角波、脉冲发生器等。

1、电压跟随器

图2.7.1 电压跟随器图 图2.7.2 反相比例反大器

电路如图2.7.1所示，设组件LM324为理想器件时，则

oivv

即输出电压跟随输入电压的变化。

2、反相比例运算

在图2.7.2所示电路中，设组件LM324为理想器件时，则

foi1RvvR

其输入电阻if1RR，2f11RRRR。

由上式可知，输出与输入反相，选择不同的电阻比值，就改变了运算放大器的闭环增益vfA。

在选择电路参数时应考虑：

（1）根据增益，确定fR与1R的比值，即

vff1/ARR

（2）具体确定fR与1R的值

若fR太大，则1R也大，这样容易引起较大的失调温漂；若fR太小，则1R也小，输入电阻iR也小，，不能满足高输入阻抗的要求。一般取fR为几十千欧～几百千欧。

若对放大器的输入电阻已有要求，则可根据i1RR，先定1R，再求fR。

（3）为减小偏置电流和温漂的影响，一般取2f1RRR，由于反相比例运算电路属于电压负反馈，其输入、输出阻抗均较低。

3、同相比例放大器

在图2.7.3所示电路中，设组件LM324为理想器件时，则

foi11RvvR

由上式可知，输出与输入同相，选择不同的电阻比值，就改变了运算放大器的闭环增益vfA。fR与1R的取值范围可参照反相比例运算电路的选取原则。

运算放大器基本原理及应用

一． 原理

(一） 运算放大器

1.原理

运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,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。

运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。

图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示

图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U-对应的端子为“-”，当输入U-单独加于该端子时，输出电压与输入电压U-反相，故称它为反相输入端。U+对应的端子为“＋”，当输入U+单独由该端加入时，输出电压与U+同相，故称它为同相输入端。

输出：U0= A(U+-U-) ； A称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。

在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益Aud=∞；输入阻抗ri=∞；输出阻抗ro=0；带宽fBW=∞；失调与漂移均为零等理想化参数。

2.理想运放在线性应用时的两个重要特性

输出电压UO与输入电压之间满足关系式：UO＝Aud（U+－U－）,由于Aud=∞，而UO为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。

由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。

上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。

3. 运算放大器的应用

(1)比例电路

所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。

(a) 反向比例电路

反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端:

图3反向比例电路电路图

第7章 集成运放组成的运算电路

本章教学基本要求

本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。表为本章的教学基本要求。

表 第7章教学内容与要求

教学内容 教学要求

重点与难点

熟练掌握 正确理解 一般了解

运算电路的分析方法 √

重点：

运算电路的分析方法；

基本运算电路的结构及工作原理。

难点：

模拟乘法器工作原理及基本应用电路。 基本运算电路的结构及工作原理 √

对数和指数运算电路的工作原理 √

模拟乘法器 工作原理 √

基本应用电路 √

除法运算电路 √

集成运放使用中的几个问题 器件的选用 √

自激振荡的消除 √

调零 √

保护措施 √

单电源供电时的偏置问题 √

学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路，掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系，理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系，并能根据需要合理选择上述有关电路。

本章主要知识点

1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点

由于实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、计算应用电路时，用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放。

集成运放的应用划分为两大类：线性应用和非线性应用。

(1) 线性应用及其特点

集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主，此时其输出量与净输入量成线性关系，但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。

集成运放工作在线性区时，它的输出信号oU和输入信号（同相输入端U和反相输入端U之差）满足式（7-1）

)(odoUUAU