試驗報告：算術(shù)運算電路

1、電氣工程及其自動化網(wǎng)絡(luò)專升本實驗報告實驗課程：電工電子綜合實踐實驗名稱：算術(shù)運算電路班級：05秋電氣工程及其自動化姓名：學(xué)號:VH1052U2003 日期：2007-9-4實驗內(nèi)容：一、實驗?zāi)康?、了解集成運算放大器開環(huán)放大倍數(shù)Av和最大輸出電壓Vomax的測試方法。2、掌握比例運算、加法運算、減法運算、積分運算電路的調(diào)整, 微分電路的連接與測試。3、了解集成運算放大器非線性應(yīng)用的特點。二、實驗器材1、實物實驗器材（1） 、HY177-30S雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源1 臺（2） 、AFG31C函數(shù)發(fā)生器1臺(3) 、FLUKE45數(shù)字萬用表1臺(4) TDS210數(shù)字式雙蹤示波器1臺2、虛擬實驗

2、器材(1) 、操作系統(tǒng)為 Windows95/98/ME的計算機(jī) 1臺(2) 、 Electronics Workbench Multisim 2001 電子線路仿真軟件 1 套三、實驗原理線性集成運算放大器在線性區(qū)工作時， 是一種具有高放大倍數(shù)的 放大器，加上負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)， 就可完成各種線性應(yīng)用，其中運算放大器 可以實現(xiàn)多種數(shù)學(xué)運算，其基本運算有比例、加法、減法、積分、微 分等。線性集成放大器在開環(huán)或引入正反饋的情況下， 當(dāng)其兩個差動輸 入端之間存在著微小的失調(diào)電壓時， 放大器就處于正飽和或負(fù)飽和狀 態(tài)(即工作于非線性區(qū)) ，利用這種工作方式可以實現(xiàn)非線性應(yīng)用， 如信號比較器 - 采樣保持電路

3、等。衡量線性集成放大器的性能指標(biāo)很多，其中開環(huán)放大倍數(shù) Av 反 映了該器件在輸出開路的條件下，輸出電壓對差模電壓的放大能力。 最大輸出電壓Vomax則反映輸出電壓與輸入電壓的線性應(yīng)用范圍，超過此界限則進(jìn)入非線性區(qū)。四、虛擬仿真實驗內(nèi)容及步驟1、反相比例運算放大電路測試按圖連接電路，以直流電壓源Vi作為輸入信號，首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為0伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按 F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-1中。然后按表7-1依次改變直流電壓源 Vi的值，并將輸出電壓依次填入表 7-1 中。表7-1反相比例運算放大電路測試輸入信號輸出信號計算值Vi ( V )Vo ( V

4、)Av=Vo/Vi0012、同相比例運算放大電路測試按圖連接電路，以直流電壓源Vi作為輸入信號，首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為0伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按 F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-2中。然后按表7-2依次改變直流電壓源 Vi的值，并將輸出電壓依次填入表 7-2 中。表7-2同相比例運算放大電路測試輸入信號輸出信號計算值Vi ( V )Vo ( V )Av=Vo/Vi0013、加法運算電路按圖連接電路，使用兩個直流電壓源分別作為輸入信號Vi1和Vi2，依次首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為1伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值， 填入

5、表7-3中。然后按表7-3依次改變直流電壓源 Vi1和Vi2的值，并將輸出電壓依次填入表7-3中。表7-3加法運算電路輸入信號輸入信號輸出信號Vi 1 (V )Vi 2 ( V )Vo ( V )11-221-312-34、減法運算電路按圖連接電路，使用兩個直流電壓源分別作為輸入信號Vi1和Vi2，依次首先雙擊電壓源，將電壓源設(shè)定為1伏，點擊電路窗口右上角的0-1開關(guān)或按F5鍵運行電路，讀出端電壓表的值，填入表7-4中。然后按表7-4依次改變直流電壓源 Vi1和Vi2的 值，并將輸出電壓依次填入表7-4中。表7-4減法運算電路輸入信號輸入信號輸出信號Vi 1 (V )Vi 2 ( V )Vo

6、( V )1121-11215、積分運算電路按圖連接電路，使函數(shù)發(fā)生器XFG1輸出幅度為1V, 2KHz的方波 信號，使用示波器 XSC1觀察輸入與輸出的波形，將波形圖畫入 表7-5中。XFG1rvii tv* ruR3lOOkohmXSC1輸入波形輸出波形積分運算電路表7-56、微分運算電路按圖連接電路，使函數(shù)發(fā)生器XFG1輸出幅度為1V，2KHz的方波信號，使用示波器 XSC1觀察輸入與輸出的波形，將波形圖畫入表7-6中。表7-6微分運算電路輸入波形輸出波形五、實物實驗內(nèi)容及步驟1. 實驗電路板分為五部分。2. 線性集成放大器開環(huán)放大倍數(shù) Av和最大輸出電壓Vomax的測試。（1）開環(huán)放大

7、倍數(shù)Av的測試按圖7-8接線，在輸入信號未接入前調(diào)節(jié)Wo使Vo=0V（用數(shù)字萬用表直流電壓檔測量）。然后，通過函數(shù)發(fā)生器接入正弦 波信號Vs,其頻率為f=80Hz，調(diào)整Vs的幅度使輸出電壓 Vo=5V（用數(shù)字萬用表交流電壓檔測量）再測量此時對應(yīng)的輸入電壓Vi，將測量數(shù)據(jù)填入表7-7中。由下式可算得Av; 最大輸出電壓Vomax的測試按圖7-9接線，輸入正弦信號 Vi，其頻率f=80Hz，用示波器 的CH2探頭監(jiān)測Vo, CH1（用作X軸信號）監(jiān)測Vi，增大輸入 信號直到示波器上觀察到放大器進(jìn)入非線性區(qū) （圖7-9所示曲 線）為止，從示波器上讀出正負(fù) Vomax值，并填入表7-7中。表7-7開環(huán)

8、放大倍數(shù)Av和最大輸出電壓Vomax的測試ViVoVomaxAv開環(huán)放大倍數(shù)5V最大輸出電壓從0增加3. 反相比例運算按圖7-10接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進(jìn)行測量。先將輸入 端接地，調(diào)節(jié) Wo使Vo=0V然后，將輸入端與 RW1連接，調(diào)節(jié)RW使用權(quán)Vi為表7-8所給出的值，同時測量對應(yīng)的Vo值，并填入表中，理論計算 Vo/Vi=RF3/R5圖7-10反相比例運算電路表7-8反相比例運算的測試Vi(V)Vo(V)Vo/Vi14. 加法運算按圖7-11接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進(jìn)行測量，調(diào)節(jié)RW1和RW2 使Vi1和Vi2分別為表7-9所給出的值，同時測量對應(yīng)的 Vo值，并 填入表中。圖7-

9、11加法運算測試電路表7-9加法運算的測試Vi1 (V)Vi2(V)Vo(V)12214. 減法運算按圖7-12接線，用數(shù)字萬用表直流電壓檔進(jìn)行測量，調(diào)節(jié)RW和RW2 使Vi1和Vi2分別為表7-10所給出的值，同時測量對應(yīng)的Vo值，并 填入表中。表7-10減法運算的測試Vi1 (V)Vi2(V)Vo(V)1221圖7-12減法運算測試電路5. 積分運算按圖7-12 (a)接線，用函數(shù)發(fā)生器輸入方波信號Vi=3V, f=2KHz,用雙蹤示波器觀察Vi和Vo并繪入圖7-12 (b)中 圖7-12 (a)積分運算測試電路和輸入輸出波形6微分運算按圖7-13 (a)接線，用函數(shù)發(fā)生器輸入方波信號 Vi=3V, f=2KHz, 用雙蹤示波器觀察Vi和Vo并繪入圖7-13 (b)中。六、實驗分析1. 整理實驗數(shù)據(jù)，并從集成運算放大器 Av和Vomax參數(shù)的測試結(jié) 果，闡述集成運算放大器的特點。答：集成運算放大器的特點， 開環(huán)電壓放大倍數(shù)非常大， 接近無窮大。 最大的輸出電壓接近電源電壓。2. 如果在反相比例運算中將直流電壓換成交流正弦電壓源，其結(jié) 果如何？答：結(jié)果一樣，還是按照反饋比例運算。 Vo=- (R2 /R1)Vi3. 用比例、加法、減法運算結(jié)果分析集成運算放大器構(gòu)成的比例、 加法、減法電路的結(jié)構(gòu)特點，其運算精度和穩(wěn)定