实验二比例和加减法运算电路

实验二比例和加减法运算电路
实验二比例和加减法运算电路
一、实验目的
1、理解运算放大器的基本性质和特点。

2、熟悉集成运放构成的几种运算电路的结构及特点，测定其运算关系。

3、学习运算放大器的线性电路和非线性电路的应用。

二、实验仪器及原件
1. 双踪示波器（SS-7804型） 1台
2. 信号发生器（EE1641D 型） 1台
3. 数字万用表（DT890型） 1只
4. 直流电源（0~5V ×2可调） 1台
5. 实验板 1块
6. 连接导线若干
三、实验原理
图2.1是与实验板相近的电路，图中D 1D 2为正负电源接错保护，加入D 1D 2后集成电路上的电压仅为11.4V 左右。

C 1C 2为去耦电容，滤除由电源引入的高次谐波。

D 3D 4为集成电路输入端过电压保护，500Ω电阻R 为集成电路输出保护，其均已连接好，放在实验板面背后。

注意：后续实验，凡有集成电路的实验电路，均有以上元件，且已连接好。

图2.1 电压跟随、比例、加减运算电路原理图
⒈ 电压跟随电路
电压跟随电路如图2.2所示。

电路为电压串联深度负反馈，因此，具有输出电阻很低，输入电阻很高的特点，一般用于信号隔离。

输入与输出间的关系为： v O =v I 。

⒉ 反相比例运算电路
图2.3是反相比例电路的原理图。

输出与输入间的关系：
o v i 2-v i 1
v R
R
v I P
f
o
-= 同相输入端与地之间的电阻称平衡电阻。

其值应
为： R P =R f //R 1 。

⒊ 同相比例运算运算电
同相比例电路如图2.4所示。

输入与输出间的关系：图2.3 反相比例运算电路
v R
R
v
I
P
f
o
)+
1(= 平衡电阻R 2应为： R 2=R f //R 1，本实验可取10kΩ。

⒋减法（差分）运算电路
减法电路如图2.5所示。

输入与输出间的关系：
)(=
21
v v R
R v I f
o I1- 平衡电阻： R n =R p
5.反相加法运算放器
电路如图2.6所示，输出与输入间的关系：)+(=2 1
v v R
R v
I f
o
I3- 平衡电阻： R P =R f // R 2// R 3
图2.6 反相加法运算电路图2.7 CA3140管脚排列
T r
V I +
负电源 +V CC V O T r 空脚调零
7 1
234 5 6 8 CA3140
反相输入 V I--
同相输入 -V CC 调零
输出
端
正电源 N C
图2.2 电压跟随器
i
(a)
i
(b)
v v 图2.5 减法运算电路
图2.4 同相比例运算电路 v v
四、实验内容及步骤
本实验是在图2.3所示的实验板上进行。

集成电路采用CA3140或OP081等，其管脚功能如图2.7所示。

图2.3 电压跟随、比例、加减运算电路试验板图
⒈电压跟随电路
（1）按图2.2(a)或(b)接线。

由图2.1可看出，即把1′与2点连接，6点与输出端连接或输出端与2点短接，1与3点连接。

将输入端接地，闭合电源开关，用示波器观察输出有无振荡波形。

若有，应先消振或调零后，再进行实验。

⑵加入直流信号电压V
I ，调节电压值见表2.1，测量V
O
的值，记入表2.1中。

⒉反相比例运算电路
(1)按图2.3正确连接。

即按图2.1把1点与1′和2点连接，6点与输出端v
o
连接，3点与4
点连接，并调节R
P =R
f
//R
1。

闭合电源开关。

（2）输入直流电压信号, 调节V
I 电压见表2.2，测量V
O
的值，记入表2.2中，计算增益A v。

分析实测值与理论值产生误差的原因。

表2.1 电压跟随电路测试表
（3）输入f=200Hz ，V Im =0.8V 的正弦信号，测量输出电压V Om ，用示波器观察 v O 、v I 的相位关系, 测量结果记入表2.3中，计算增益A v 。

（4）设计一个反相比例运算放大器电路，要求电压增益A V ＝15，请确定R 1 , R 2, R f 的值，说明允许输入的最大信号V Im ＝？
表2.2 反相比例输入直流信号测量表
测量7脚V
=( ) V, 4脚-V =( ) V ，R =（），R =（）
表2.3
反相比例输入交流信号
（1）按图2.4正确连接，即由图2.1，将1′与4（R P 置最大）点和2点连接，6点与
2.4 同相比例输入直流信号
2.5 同相比例输入交流信号
输出端v o连接；1与3点连接，便构成同相比例运算电路。

闭合电源开关。

（2）输入直流电压信号，调节V I电压值见表2.4，测量V O的值，记入表2.4中，计算增益A v。

分析实测值与理论值产生误差的原因。

（3）输入f=200Hz，V Im=0.8V，测量V O m，用示波器观察v O、v I 的相位关系。

测量结果记入表2.5中，计算增益A v。

分析实
测值与理论值产生误差的原因。

（4）设计一个同相比例运算电路，要求电压增益A V＝11，设R f＝100，请确定R1、R2的值，说明允许输入的最大信号V Im＝？
⒋减法（差分）运算电路
（1）按图2.5正确连接。

即在图2.1中，将1点与1′、2点连接，6点与输出端v o连接；5点与3点连接（S3断开），7点接地，便构成减法运算电路。

（2）输入直流信号，调节V I电压值见表2.6，测量V O的值，记入表2.6中，计算放大倍数A v。

分析实测值与理论值产生误差的原因。

2.6减法输入直流信号（R为100kΩ）
V
明输入信号的最大差值ΔV I＝？
5．反相加法运算电路
（1）按图2.6正确连接。

即在图2.1中，将5点与2点连接（S3合上），6点与输出端v o连接；3点与4点连接。

（2）输入直流信号，调节V I电压值见表2.7，测量O的值，记入表2.7中，计算增益A v。

分析实测值与理论值产生误差的原因。

V
入信号和的最大值ΣV I＝？
五、实验报告、预习要求及思考题
1.实验报告
（1）整理实验数据、完成表格中要求的内容。

对应画出各输出电压与输入电压的波形。

（2）将测试值与估算值比较，若有误差，分析其原因。

（3）实验中若有不正常现象或故障，说明是如何解决的。

（4）对本实验仪器设备、电路板等的意见或建议。

2.预习要求及思考题
（1）复习与本实验有关的运算放大电路的理论知识；熟悉消振及调零的方法。

（2）估算表格中要求的理论值；准备好实验记录所需的表格、作图纸。

（3）平衡电阻的主要作用是什么？比例、加减运算电路的平衡电阻如何计算？
（4）比例、加减运算电路的增益如何计算？他们各引入的是什么负反馈？。