2信号的基本运算单元

实1验二信号的基本运算单元
一实验目的：
1、了解以运算放大器为核心元件组成的基本运算单元的构成
2、熟悉各基本运算单元功能
3、掌握基本运算单元特性的测试方法
二实验原理：
实验中采用的基本运算单元均由以运算放大器作为核心元件组成。

1、运算放大器
运算放大器实际就是高增益直流放大器。

在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。

比如配以反馈网络后可实现对信号的求和、积分、微分、比例放大等多种数学运算，由此构建信号各基本运算单元。

运算放大器具有两个输入端和一个输出端：从“-”端输入时，输出信号与输入信号反相，故“-”端称为反相输入端；从“+’端输入时，输出信号与输入信号同相，故称“+”端为同相输入端，实际的运算放大器另有许多辅助引出线，用它们连接电源、偏置、调零、相位补偿等。

运算放大器的主要特性是：开环增益高，输入阻抗高，输出阻抗小。

2、基本运算单元
这里仅介绍在系统模拟中所必需的三种基本运算器，即加法器、标量乘法器和积分器。

以下给出个运算单元的原理图以及相关的参数。

请同学按照电路原理图推算出各运算单元的功能特点，并用进行试验后所得的数据加以验证和对比。

（1）加法器
加法器原理图如图3－1所示。

在本实验箱中，R F=R。

图3－1加法器
（2）标量乘法器
标量乘法器分为两种，即反相标量乘法器和同相标量乘法器。

其原理图如图3－2和图3－3所示。

在本实验箱中，R F=20KΩ，R f=10KΩ。

图3－2 反相标量乘法器
图3－3 同相标量乘法器
（3）积分器
基本积分器具有反相结构，原理如图3－4所示。

实验箱中R f=5.1KΩ，C F=4700pF。

图3－4 积分器
三预习练习：
1、预习运算放大器的原理。

2、预习基本运算单元的电路组成和原理。

四实验内容及步骤：
1、加法器
u1接信号源，调整输出f＝100Hz、峰值为1V的正弦波；u2接单片机信号发生器，选择02信号为方波；u3接地。

加法器输出为u0，用示波器观察u0、u1、u2、分析三者之间
的关系。

再根据运算放大器的特点进行分析，并计算出加法器输出u0与u1、u2的关系，再与实际结果进行比较。

2、同相、反相标量乘法器
在信号发生器模块选取信号源，采用频率为1KHz ，一定占空比的方波（占空比不宜选在50%左右，考虑为什么？），分别接入同相和反相标量乘法器的输入端，用示波器观察和测量输入、输出信号波形。

由测量结果计算输入与输出之间的关系。

再将得到的实际关系，与分析电路图计算得出的乘法器输出与输入之间的理论关系进行比较。

3、积分器
在信号发生器模块选择信号源，调节采用幅度、频率、占空比一定的方波（最重要的是调节号占空比，考虑为什么？），理论上积分器输出应为什么波形？其斜率与方波的幅度成正比，与积分常数F f C R =τ成反比。

用示波器直流档观察并记录输出波形，分析波形形成
的原因，测量积分常数τ并与理论值比较。

五 实验仪器：
1、信号系统实验箱（基本运算单元模块）
2、双踪示波器
六 实验报告内容：
1、记录各个运算单元的输入输出波形。

2、分析基本运算电路的工作原理。

并根据实际电路，计算输入与输出之间的关系。

观测实际得到波形之间的关系以进行验证。

3、讨论方波经过积分以后所产生波形的各种情况（与方波的取值、频率、占空比均有一定的关系），并在实验中加以验证。

并在输出波形为三角波形的时候，根据积分常数F f C R =τ计算三角波形斜率并与实际相比较。