集成运放组成的基本运算电路 实验报告

实验报告

课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________ 实验名称： 基本运算电路设计 实验类型： 电路实验 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.掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。

2.掌握基本运算电路的调试方法。

3.学习集成运算放大器的实际应用。

二、实验内容和原理

1.实现反相加法运算电路

2.实现反相减法运算电路

3.用积分电路将方波转换为三角波

4.同相比例运算电路的电压传输特性（选做）

5.查看积分电路的输出轨迹（选做）

三、主要仪器设备

HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源 示波器、信号发生器、万用表 实验箱LM358运放模块

四、操作方法和实验步骤

1.两个信号的反相加法运算

1) 按设计的运算电路进行连接。

2) 静态测试：将输入接地，测试直流输出电压。保证零输入时电路为零输出。 3) 调出0.2V 三角波和0.5V 方波，送示波器验证。

4) V S1输入0.2V 三角波，V S2输入0.5V 方波，用示波器双踪观察输入和输出波形，确认电路功能正确。记录示波器波形（坐标对齐，注明幅值）。

2. 减法器（差分放大电路）

减法器电路，为了消除输入偏置电流以及输入共模成分的影响，要求R1=R2、RF=R3。

专业： 姓名：

学号： 日期： 地点：

学生序号6

1) 按设计的运算电路进行连接。

2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。

3) V S1和V S2输入正弦波（频率和幅值），用示波器观察输入和输出波形，确认电路功能正确。

4) 用示波器测量输入和输出信号幅值，记到表格中。

3.用积分电路转换方波为三角波

电路中电阻R2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t<<τ2（τ2=R2C）的条件下，若V S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 P<<τ2时（T P为方波半个周期时间），则V O将转变为三角波，且方波的周期越小，三角波的线性越好，但三角波的幅度将随之减小。

1) 连接积分电路，加入方波信号（幅度？）。

2) 选择频率，使T P <<τ2，用示波器观察输出和输入波形，记录线性情况和幅度。

3) 改变方波频率，使T P ≈τ2，观察并记录输出波形的线性情况和幅度的变化。

4) 改变方波频率，使T P >>τ2，观察并记录输出波形的线性情况和幅度的变化。

4.同相比例运算电压传输特性

同相比例运算电路同反相加法运算电路，其特点是输入电阻比较大，电阻R’的接入同样是为了消除平均偏置电流的影响，故要求R’=R1//R F。

1) 连接同相比例运算电路。

2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。

3) 加入正弦波，用示波器观察输入和输出波形，验证电路功能。

4) 用示波器测出电压传输特性：示波器选择XY显示模式，选择适合的按钮设置。

5) 适当增大输入信号，使示波器显示整个电压传输特性曲线（即包含线性放大区和饱和区）。

五、实验数据记录和处理

1.两个信号的反相加法运算

使用信号发生器作为输入，频道1输入0.2V三角波，频道2输入0.5V方波，示波器显示如下：双踪示波显示三角波和方波方波和输出信号

三角波和输出信号用math按钮直接叠加两个信号

2.减法器（差分放大电路）

频道1输入峰峰值0.4V正弦波，频道2输入峰峰值1V正弦波，频率都是1kHz，两个信号互为反相双踪示波器显示输入波形 V PP=0.4V正弦波和输出信号

V PP=1V正弦波和输出信号

3.用积分电路转换方波为三角波

用信号发生器产生方波，幅度值均为1V，取不同频率的输出效果：

方波频率0.1kHz 方波频率1kHz

方波频率10kHz

4.同相比例运算电压传输特性

用信号发生器输入频率100Hz的正弦波，示波器两个频道分别接收信号发生器输入信号和运放输出信号，在示波器上选择XY显示模式，令正弦波的幅值在试验中逐渐增大，直至出现饱和区如下：

线性放大区和饱和区同时出现

六、实验结果与分析

1.两个信号的反相加法运算

由理论推导可知实验中的运放电路放大倍数为10倍，且反相，示波器上得到的输入信号和输出信号符合预计结果，另外还可以使用示波器自带的math通道，选择“+”功能，可以在屏幕上除了CH1和CH2之外，再增加一条经过运算得出的曲线，这样做可以更方便地验证电路功能是否正确，但在本实验中使用此法得到的曲线还需经过反相才和实际曲线相同

2.减法器（差分放大电路）

由减法器的电路构成可以计算得其输出电压满足关系：

而我在试验中所设参数整理为：

输入信号幅值V S1/V 输入信号幅值V S2/V 输出电压幅值V O/V

0.5 0.2 7

实际上因为我设置的两个信号相位相反，所以若定义V S2的幅值为正，计算中的V S2=0.2V, V S1=-0.5V，由此计算得V O=10×(0.2-(-0.5))=7V，示波器上的波形也符合理论预期

3.用积分电路转换方波为三角波

积分电路转换三角波的原理是取RC电路充放电曲线的近似线性部分，来逼近理想的三角波，实验中RC回路的时间常数为τ=100kΩ×0.01μF=1ms，对应的频率为1kHz，于是测量了三种频率方波的转换效果：

V S周期V S幅度值V O线性情况V O幅度值

10ms 1V 畸变 6.62V

1ms 1V 较差 5.40V

0.1ms 1V 很好 1.40V

可见周期越小，转换的三角波效果越好，但相应的，输出电压幅度值会减小，这也是因为周期变短时电容充电时间变短，所以电位峰值会变小。理论上求解电路输出电压可得：

若t<

即V O与V S成近似线性关系的条件便是信号周期远小于时间常数，于是实验结果很好地符合了这一结论实验所得图片中，值得注意的是当V S周期变为0.1ms时，输出电压理应有很好的线性，但是在峰值处