求和、積分與微分電路市公開課一等獎省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎?wù)n件

試驗九集成運算放大器在信號運算方面應(yīng)用(二)—求和、積分與微分電路一、實驗?zāi)慷?、預習要求三、基本原理四、實驗內(nèi)容五、實驗設(shè)備與器材六、實驗報告要求七、思考題主菜單一、實驗?zāi)?/p>

1．熟悉加法、減法、積分、微分電路基本工作原理和電路組成形式。2．掌握運算電路設(shè)計與實際測量方法。3．學會測試各運算電路和工作波形。二、預習要求

1.預習集成運算放大器相關(guān)模擬運算應(yīng)用方面知識，了解各電路工作原理。2.設(shè)計一模擬運算電路，滿足關(guān)系式。3.畫出各試驗電路，擬出試驗數(shù)據(jù)表，計算相關(guān)試驗內(nèi)容理論值，熟悉試驗中所用儀器使用方法，了解各種信號取得方法。4.學習提升運算精度方法。

三、試驗原理

1．加法器加法器輸出量反應(yīng)出多個模擬輸入量相加結(jié)果。用運算放大器實現(xiàn)加法運算時，能夠采取反相輸入方式，也能夠采取同相輸入方式。如圖所表示反相輸入加法器，是將兩個電壓和加在集成運算放大器反相輸入端，顯然，它屬于多端輸入電壓并聯(lián)負反饋電路。在理想情況下，利用虛地概念，可得到輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系為：

反相加法器

（3-9-1）式中負號是因為反相輸入所引發(fā)。若，則上式可變?yōu)椋?-9-2）假如在輸出端再接一級反相器，則可消去式(3-9-2)中負號，這么就能夠完全符合常規(guī)算術(shù)加法運算。為了提升運算精度，如圖3-9-1所表示電路中，同相輸入端電阻應(yīng)滿足。圖3-9-1所表示電路能夠擴展到多個輸入電壓相加情況，若有幾個輸入電壓相加，則輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系為：

而擴展后加法器稱為百分比加法器，假如電路中取則有2．減法運算電路

上圖用來實現(xiàn)兩個電壓、相減電路圖。從結(jié)構(gòu)上看，它是一個反相輸入和同相輸入相結(jié)合放大器，信號電壓、分別經(jīng)過電阻、加在運算放大器反相和同相輸入端，和組成反饋網(wǎng)絡(luò)。當電路參數(shù)一定時，因為集成運算放大器開環(huán)電壓增益很大，不論大小、極性怎樣，都將引入很強負反饋，使。也就是說，電路中也存在“虛短”現(xiàn)象，同時兩輸入端引入共模電壓，。因為及，由電路圖可列出以下方程：

差動減法電路例1.

差分運算電路設(shè)計條件：Rf=10k要求：uo=uI12uI2R1=5kR2=2R3R2//R3=R1//Rf=5//10R2=10kR3=5k

而可得輸出電壓

當電阻值滿足關(guān)系時，輸出電壓可簡化為：（3-9-3）輸出電壓與兩個輸入電壓之差成百分比。當取時，，可實現(xiàn)減法運算。這種電路常用于將差動輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出，廣泛地用于放大具有強烈共模干擾微弱信號。要提高運算精度，一方面要嚴格選配，其次要采用高共模抑制比集成運算放大器3．積分器

積分電路是模擬計算機中基本單元，利用它能夠?qū)崿F(xiàn)微分方程模擬，它同時也是控制和測量系統(tǒng)中主要單元，利用它充放電過程能夠?qū)崿F(xiàn)延時、定時，以及產(chǎn)生各種波形。采取集成運算放大器基本積分電路以下列圖所表示。它和反相百分比放大器不一樣之處于于它是用電容C來代替反饋電阻。利用集成運算放大器，在電容兩端電壓增加時流過它電流基本維持穩(wěn)定，從而能夠?qū)崿F(xiàn)比較理想積分運算。

積分電路在理想情況下，利用虛地概念，能夠得到（3-9-4）上式表明輸出電壓與輸入電壓成積分關(guān)系，式中負號表示它們在相位上是反相。圖中，RF是分流電阻，用于穩(wěn)定直流增益，以防止直流失調(diào)電壓在積分周期內(nèi)積累造成運算放大器飽和。普通取RF=10R1，因為RF作用，只有頻率大于輸入信號積分才有效，而對于頻率小于輸入信號，圖所表示電路近似為反相放大器。當輸入信號是幅值為階躍電壓時，在它作用下，電容將以恒流方式進行充電，輸出電壓與時間成近似線性關(guān)系，這時（3-9-5）若是方波，則輸出電壓為鋸齒波，且二者相位相反。

4．微分器微分運算是積分運算逆運算。從電路形式上看，將積分電路圖中電阻與電容位置對調(diào)一下，即可得到以下列圖所表示微分電路。在這個電路中，一樣存在虛地，在理想情況下。經(jīng)過簡單推導，可得：即輸出電壓是輸入電壓微分，從而可實現(xiàn)微分運算。利用微分電路能夠?qū)崿F(xiàn)波形變換，如將矩形波變換為尖脈沖。接下來圖為積分、微分電路

微分電路

積分-微分電路

四、試驗內(nèi)容

1．加法器2.減法器3.積分器4.微分器5.積分－微分器分別按各電路圖接好電路，進行測試所得數(shù)據(jù)分別填入各自數(shù)據(jù)表中。

反相加法器測量數(shù)據(jù)表

減法電路測量數(shù)據(jù)表

積分器測量數(shù)據(jù)表Ui(p-p)=1.5vf(kHz)

Uo(v)輸出波型

測量值

計算值

微分器波型表

五、試驗設(shè)備

1．雙蹤示波器(YB4320A)l臺2．信號發(fā)生器(DFl64lD)1臺3．低頻毫伏表(YB2172)1臺4．模擬電路試驗箱(DM99—2A)1個5．LM324運算放大器1只六、試驗匯報要求

1．列出加法、減法運算試驗數(shù)據(jù)，與理論值相比較，分析其誤差產(chǎn)生原因2．畫出積分與微分運算時輸入輸出信號電壓波形，并分析之。3．畫出積分一微分運算時各級輸入、輸出信號電壓波形，并分析之。4．畫出試驗電路，寫出主要測試步驟。