物理电子技术实验模拟部分概要

实验二 比例求和运算电路

一、实验目的

1．掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路。 2．掌握比例、求和运算电路的特点及性能。 3．学会上述电路的测试和分析方法。 4．掌握各电路的工作原理。

二、预习要求

1．计算表2.1中的V o 和Af 。 2．估算表2.3中的理论值。 3．估算表2.4中的理论值。 4．计算表2.6中的O V 值。 5．计算表2.7中的O V 值。

三、实验原理及参考电路

（一）、比例运算电路 1．工作原理

比例运算（反相比例运算与同相比例运算）是应用最广泛的一种基本运算电路。 a ．反相比例运算，如下图所示。

10k Ω

输入电压i U 经电阻R 1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R 2接地。输出电压O U 经R F 接回到反相输入端。通常有： R 2=R 1//R F

由于虚断，有 I +=0 ，则u +=-I +R 2=0。又因虚短，可得：u -=u +=0 由于I -=0，则有i 1=i f ，可得：

F

o

1i R u u R u u -=---

由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧

==-==1i i if 1F i o uf R i u

R R R u u A

反相比例运算电路的输出电阻为：R of =0 输入电阻为：R if =R 1

b ．同相比例运算

10k Ω

输入电压i U 接至同相输入端，输出电压O U 通过电阻R F 仍接到反相输入端。R 2的阻值应为R 2=R 1//R F 。

根据虚短和虚断的特点，可知I -=I +=0,

则有

o F

u R R R u ⋅+=

-11

且 u -=u +=u i ，可得：

i o F

u u R R R =⋅+11

1

F i o uf R R 1u u A +==

同相比例运算电路输入电阻为： ∞==i

i

if i u R 输出电阻： R of =0

以上比例运算电路可以是交流运算，也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。

选择集成运算放大器时，首先应查阅手册，了解运放主要参数，一般为了减小闭环增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用失调温漂小，开环电压增益高，输入电阻高，输出电阻低的运算放大器。

特别是在交流放大时，为减小放大电路的频率失真和相位失真（动态误差），集成运算放大器的增益——带宽积G·B ω和转换速度SR 必须满足以下关系：

f

B A B G uf ωω⋅>⋅

max max 2o R U f S ⋅>π

式中f max 为输入信号最高工作频率，U omax 为最大输出电压幅值

对于同相比例电路运算电路，还要特别注意存在共模输入信号的问题，也就是说，要求集成运算放大器允许的共模输入电压范围必须大于实际的共模输入信号幅值。并要求有很高的共模抑制比。

（二）求和运算电路

1．反相求和 基本电路如下图所示

R 2

U

U 0

U U

V R 1

V

12////F R R R R '=

根据“虚短”、“虚断”的概念

1212i i o F

u u u

R R R +=- 1212()F F o i i R R u u u R R =-

+

当R 1=R 2=R ，则 12()F

o i i R u u u R

=-+ 2．同相求和 由读者自己分析。

四、实验内容

1．电压跟随器

实验电路如图2-1所示，接好线之后，接12V 的直流电源。

V i

o

Ω

图2-1 电压跟随器

（1）按表2.1

内容实验并测量记录。

（2）断开直流信号源，在输人端加入频率100,0.5i f Hz V V ==的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压O V 并用示波器观察O V 、i V 的相位关系，记录于表2.2 中。

2．反相比例放大器

实验电路如图2-2所示。接好电路后，接12v 的直流电源。

10k Ω

图2-2 反相比例放大器

（1）按表2.3内容实验并测量记录。

（2）断开直流传号源，在输入端加人频率100

,0.5i f Hz V V ==的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo 并用示波器观察V o,Vi 的相位关系，记录于表2.4中。

表2.4

3．同相比例放大器 电路如图2-3所示。

（1）按表2.5实验测量并记录。

F

10k Ω

图2-3同相比例放大器

（2）断开直流信号源，在输人端加入频率100,0.5i f

Hz V V ==的正弦信号，用毫伏表测量输出端的信号电压Vo 并用示波器观察Vo ，Vi 的相位关系，记录于表2.6中。

表2.6

4．反相求和放大电路 实验电路如图2-4所示。

按表2.7内容进行实验测量，并与预习计算比较。

表2.7

V F

R 1

V

图2-4反相求和放大电路

5．双端输入求和放大电路 实验电路如图2-5所示。 按表2.8要求实验并测量记录。