模电实验基本运算电路解读(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 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

2、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 A741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。A741引脚排列: 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A741、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 通过该电路可实现两个信号的反相

3、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 R 3=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: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。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。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 = R l/R

4、 f 。 +-=22f 11f S S O v R R v R Rv SO v R R v +=1f1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 v o= f (v s 。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 R 1=R 2、

5、R f=R 3。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 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 K 1闭合,通过电阻 R 2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 K 1打开,以免因 R 2的接入而造成积分误差。K 2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 V C (0=0。 另一方面,可控制积分起始点,即在加入信号 V s 后,只要 K 2一打开,电容就将被恒流充电,电 路也就开始进行积分运算。(121f S S O v v R R v -=C R t v dtv CR v stSO 1011-=

6、-=实验名称:_实验 13 基本运算电路 姓名: 学号: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 K 2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 R 2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。 在 t2(2=R2C 的条件下, 若 v S

7、 为常数, 则 v O 与 t 将近似成线性关系。因此,当 v S 为方波信号并满足 T p2时(T p 为方波半 个周期时间,则 v O 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。 T p2五、实验数据记录与处理、实验结果与分析1、反相加法运算P.4 实验名称:_实验 13 基本运算电路 姓名: 学号:由于= -(10v s 1+10v s 2理论上 vo=11.2V,实际 vo=9.90V,相对误差 11.6%。误差分析:检查零输入时, vo=0.5V左

8、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。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 由于 =11vo,理论上 vo=5.61V,相对误差 0.2%。误差分析同前。 V(vi0V0.4V0.8V1.2V1.6V2.0VV(vo-20V0V20V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

9、真结果可见,输入输出在 0-1.3V 内 是保持线性关系的。P.5 +-=22f11f S S O v R R v R R v S O v R R v +=1f 1P.6 实验名称：_实验 13 基本运算电路 3、减法器（差分放大电路） 输入信号 vs1 (V 有效值 波 形 有效值 输入信号 vs2 (V 波 形 有效值 输出电压 vo (V 波形 正弦波 12.38 姓名： 学号： 正弦波 1.56 0.30 正弦波 由于vO = Rf (vS 2 vS1 =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 理论上 vO = vs

10、 t 1 t 0 v S dt = R1C =-10vst R1C 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 vs 周期（s） vs 幅度值 （V） vO 线性情况 非常好 0.0001 0.60 0.85 vO 幅度值（V） 良好 0.001 0.78 0.92 不好 0.01 0.81 5.8 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。 P.7 实验名称：_实验 13 基本运算电路 姓名： 学号： 六、思考与讨论 1、实验中如何确定输入信号(正弦波、方波还是直流信号）？如何选择信号的幅度？

11、 答：实验 5 选择方波，实验 4 选择直流信号，实验 1-3 都可以。 信号幅度，实验 1 和 3 使 v1 与 v2 的差与和在 1V 左右，此时波形完整且误差较小，其他 按实验要求。 2、实验中，若测得静态输出电压为+12V，其根本原因是什么？应如何处理？ 答：可能是没有构成负反馈，输入电阻与反馈电阻断开。此时应检查线路是否借错，元件是否 出现问题，然后再测量静态输出，为零后再加入信号。 3、在运算电路中为什么要接平衡电阻？其阻值如何确定？ 答：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，其 阻值应与运放反相端地外接等效电阻相等。 七、体会与收获 体会与收获 通过这次实验，我更加直观地了解了运算放大器的作用，以及加入平衡电阻来消除运放输入偏 置电流及其漂移造成的运算误差的必要性。在加入信号源之前，先要检查静态输出是否约为零，若 不为零，则要检查电路是否出现连接问题，修正后再进行实验，否则将对实验结果产生较大误差。 用毫伏表测量有效值时，由于线路元件及接线的不稳定，示数常常为零，或产生不稳定和不符合理 论值的数值，此时要轻轻按压接线处，示数几次稳定于同一处时再进行读数。 专心-专注-专业