实验九 积分与微分电路

实验九积分与微分电路

学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程

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一．实验目的

1．掌握集成运算放大器的特点、性能及使用方法。

2．掌握比例求和电路、微积分电路的测试和分析方法。

3．掌握各电路的工作原理和理论计算方法。

二．实验仪器

1．数字万用表2．直流稳压电源3．双踪示波器4．信号发生器5．交流毫伏表。三．预习要求

1.分析图7-8 实验电路，若输入正弦波，u o 与u i 的相位差是多少？当输入信号为100Hz、有

效值为2V时，u o =?

2.图7-8 电路中，若输入方波，u o 与u i 的相位差？当输入信号为160Hz幅值为1V时，输出

u o =?

3.拟定实验步骤，做好记录表格。

四．实验原理

集成运放可以构成积分及微分运算电路，如下图所示：

微积分电路的运算关系为：

五．实验内容：

1.积分电路

按照上图连接积分电路，检查无误后接通+12，-12V直流电源。

（1）取U i=-1v，用示波器观察波形u0，并测量运放输出电压的正向饱和电压值。

（2）取U i=1V,测量运放的负向饱和电压值。

（3）将电路中的积分电容改为改为0.1uF，u i分别输入1KHz幅值为2v的方波和正弦信号，观察u i和u o的大小及相位关系，并记录波形，计算电路的有效积分时间。

（4）改变电路的输入信号的频率，观察u i和u o的相位，幅值关系。

2.微分电路

实验电路如上图所示。

（1）输入正弦波信号，f=500Hz，有效值为1v，用示波器观察u i和u o的波形并测量输出电压值。

（2）改变正弦波频率（20Hz-40Hz），观察u i和u o的相位，幅值变化情况并记录。

（3）输入方波，f=200Hz,U=5V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验。

（4）输入三角波，f=200Hz,U=2V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验

3.积分-微分电路

实验电路如图所示

（1）输入f=200Hz,u=6V的方波信号，用示波器观察u i和u o的波形并记录。

（2）将f改为500Hz，重复上述实验。

解答：

1.（1）取U i=-1v，用示波器观察波形u0，并测量运放输出电压的正向饱和电压值

电路仿真图如下图所示：

积分电路的运算关系：

可得运放输出电压的正向饱和电压值为11.108V。（2）ui= 1V，测量运放的负向饱和电压值。

可得运放输出电压的正向饱和电压值为11.108V。

(3)将电路中的积分电容改为改为0.1uF，u i分别输入1KHz幅值为2v的方波和正弦信号，观察u i和u o的大小及相位关系，并记录波形，计算电路的有效积分时间。

当为输入信号为方波时，输出为三角波，波形如下图：

当输入为正弦波时，有积分电路的关系可知，其电路输出也为正弦波，波形如下图所示：由示波器观察可知，其输出波形的幅值比输入波形要小，相位落后π/4个周期。

有示波器可求得电路的有效积分时间为：0.025s,如下图所示：

测量上升或者下降的时间即可求出有效积分时间。

（4）改变电路的输入信号的频率，观察u i和u o的相位，幅值关系。

随着频率的增加，Vi与Vo的幅值减小，相位几乎不变。

2（1）输入正弦波信号，f=500Hz，有效值为1v，用示波器观察u i和u o的波形并测量输出电压值。

电路仿真原理图如下图所示：

输入正弦波信号，用示波器观察输出电压波形,如下图所示：

测得输出电压值为：2.22v

（2）改变正弦波频率（20Hz-40Hz），观察u i和u o的相位，幅值变化情况并记录。

随着频率的增加，Vi与Vo的幅值增大，相位差不变。

(3)输入方波，f=200Hz,U=5V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验.

在电容前加一个电阻，可起到衰减信号的作用，之后测得的输出信号波形为：

测得的输出电压为14.156V。改变输入频率，可得：

随着输入频率增大，其输出幅值也在增大，相位差不变。

（4）输入三角波，f=200Hz,U=2V，用示波器观察u0波形，并重复上述实验。测得输出信号的波形为：

输出电压值为1.6v。改变输入频率，可得：

有图可知，随着输入频率的增加，输出波形的幅值也在随之增加，但相位差不变。3积分——微分电路

电路仿真图如下所示：

（1）输入f=200Hz,u=6V的方波信号，用示波器观察u i和u o的波形并记录。

测得输出波形如下图所示：

（2）将f改为500Hz时，输出波形为：

由上图可知，该积分微分电路能大致恢复原始输入信号。