基本运算电路
基本运算电路 实验报告
基本运算电路实验报告基本运算电路实验报告引言：基本运算电路是电子电路中最基础的一种电路，它能够对输入信号进行加法、减法、乘法和除法等数学运算。
本实验旨在通过搭建基本运算电路并进行实验验证，加深对基本运算电路的理解和掌握。
一、实验目的本实验的主要目的是：1. 了解基本运算电路的工作原理；2. 学习基本运算电路的搭建方法；3. 掌握基本运算电路的实验操作；4. 验证基本运算电路的运算功能。
二、实验器材和材料1. 实验板；2. 集成运算放大器（Op-Amp）；3. 电阻、电容、二极管等元器件；4. 示波器、函数发生器等实验设备。
三、实验步骤1. 搭建加法器电路首先，根据加法器电路的原理图，使用实验板和元器件搭建加法器电路。
将电源连接到实验板上，并将函数发生器的输出信号接入到加法器的输入端。
然后，使用示波器观察加法器的输出信号，并记录实验数据。
2. 搭建减法器电路接下来，根据减法器电路的原理图，使用实验板和元器件搭建减法器电路。
同样地，将电源连接到实验板上，并将函数发生器的输出信号接入到减法器的输入端。
使用示波器观察减法器的输出信号，并记录实验数据。
3. 搭建乘法器电路然后，根据乘法器电路的原理图，使用实验板和元器件搭建乘法器电路。
将电源连接到实验板上，并将函数发生器的输出信号接入到乘法器的输入端。
使用示波器观察乘法器的输出信号，并记录实验数据。
4. 搭建除法器电路最后，根据除法器电路的原理图，使用实验板和元器件搭建除法器电路。
将电源连接到实验板上，并将函数发生器的输出信号接入到除法器的输入端。
使用示波器观察除法器的输出信号，并记录实验数据。
四、实验结果与分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 加法器能够对输入信号进行加法运算，输出结果为输入信号的和；2. 减法器能够对输入信号进行减法运算，输出结果为输入信号的差；3. 乘法器能够对输入信号进行乘法运算，输出结果为输入信号的积；4. 除法器能够对输入信号进行除法运算，输出结果为输入信号的商。
基本运算电路的总结(优选8篇)
基本运算电路的总结第1篇1. 单限电压比较器传输特性可以看出当输入电压u1 > UREF，输出高电平 UOH = +VCC当输入电压u1 < UREF，输出低电平 UOL = -VCC改进型：从上面的分析可知，在单门限比较器中，输入电压在门限电压附近有微小变化都会引起输出电压的跃变，因此该比较器有灵敏度高的优点，但抗干扰能力差。
2. 迟滞比较器主单限比较器的基础上引入正反馈，即构成迟滞比较器当输出电压uo = +UZ时，运放同相输入端电压为当输出电压uo = -UZ时，运放同相输入端电压为当迟滞比较器的输入为正弦波时，其输出波形为矩形波，如图下所示为使迟滞比较器的电压传输特性曲线向左或向右移动，可如图下所示在上述比较器的基础上加入参考电压UREF，其电压传输特性曲线如图所示。
对应的门限电压如下经典例题：3. 窗口比较器当uI > UH时，A1输出高电平，A2输出低电平，uo 为高电平;当uI < UH时，A2输出高电平，A1输出低电平，uo 为高电平;当UH > uI > UL时，A1输出低电平，A2输出低电平，uo 为低电平。
基本运算电路的总结第2篇由累加和右移实现1）原码一位乘法符号位和数值位分开求，乘积符号由两个数的符号位“异或”形成。
示例如下：2）无符号数乘法运算电路3）补码一位乘法（Booth算法）一种有符号数的乘法，采用相加、相减操作来计算补码数据的乘积。
移位规则如表所示示例如下：4）补码乘法运算电路（如图）1）符号扩展在算术运算中，有时候必须要把带符号的定点数转换为具有不同位数的表示形式，这称为“符号扩展”。
（如16位与32位整数相加时，要把16位扩展为32位）正数：符号位不变，新表示形式的扩展位都用0进行填充负数：2）原码除法运算（不恢复余数法，也叫原码加减交替法）商符和商值分开进行，减法操作用补码加法实现，商符由两个操作数的符号位“异或”得到。
基本运算电路
2. 同相输入
uN uP uI u O (1 u O (1 Rf R Rf R ) uN ) uI
i+ = i- = 0
uN R R RF uO
R R RF
)uI
RF R
* R ’= R // RF
uO uI
又 uN = uP = uＩ 得：
u o (1
第五章 信号的运算和处理
§5.1 集成运放组成的运算电路
一、概述
二、比例运算电路 三、加减运算电路 四、积分运算电路和微分运算电路
一、概述
1. 理想运放的参数特点
Aod、 rid 、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调 电流及其温漂、噪声均为0。
2. 集成运放的线性工作区: uO＝Aod(uP－ uN)
uO uI
RF R
1
由于该电路为电压串联负 反馈，所以输入电阻很高。
A uf
同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器
uO uN uP uI
Auf = 1
三、加减运算电路
1. 反相求和
方法一：节点电流法
uN uP 0 iF iR1 iR 2 iR 3 u I1 R1
uP RP (
u O (1
u I1 R1
u I2 R2
u I3 R3
)
( R P R 1 // R 2 // R 3 // R 4 )
RP ( u I1 R1 u I2 R2 u I3 R3 ) Rf Rf
Rf R
) uP
R Rf R
uO Rf (
移相
2. 微分运算电路
基本运算电路
基本运算电路基本运算电路是电子电路中常见的一种电路结构，用于实现基本的数学运算和逻辑运算。
它由若干个元件组成，通过这些元件之间的连接和相互作用，完成特定的运算功能。
基本运算电路包括加法器、减法器、乘法器、除法器、与门、或门、非门等，它们是数字电子系统的基础，广泛应用于计算机、通信设备、控制系统等各个领域。
加法器是基本运算电路中最基本的一种，用于实现数字的加法运算。
它由若干个输入端和一个输出端组成，通过输入端输入待相加的数字信号，经过电路内部的运算处理，最终在输出端得到加法运算的结果。
加法器的设计原理是将两个数字进行逐位相加，并考虑进位的情况，以确保计算结果的正确性。
减法器和加法器相似，也用于实现数字的减法运算。
它通过将减法运算转换为加法运算的方式来实现，即将被减数取反并加1，然后与减数进行加法运算，最终得到减法运算的结果。
减法器在数字电子系统中有着广泛的应用，是实现数字信号处理的重要组成部分。
乘法器用于实现数字的乘法运算，是一种复杂的基本运算电路。
它通过将乘法运算转换为多次的加法运算来实现，即将被乘数分解为若干个部分，并分别与乘数相乘，然后将这些部分的乘积进行累加，最终得到乘法运算的结果。
乘法器在数字信号处理和计算机中都有着重要的应用，是实现高效计算的关键组成部分。
除法器用于实现数字的除法运算，是基本运算电路中最复杂的一种。
它通过多次的减法运算和比较来实现，即将被除数循环减去除数，直到被除数小于除数为止，然后统计减法的次数，最终得到除法运算的商和余数。
除法器在数字信号处理和通信系统中有着重要的应用，是实现高精度计算的关键组成部分。
与门、或门、非门是基本的逻辑运算电路，用于实现逻辑运算和判断。
与门用于实现逻辑与运算，即只有当所有输入信号均为高电平时，输出信号才为高电平；或门用于实现逻辑或运算，即只要有一个输入信号为高电平，输出信号就为高电平；非门用于实现逻辑非运算，即对输入信号取反，输出信号与输入信号相反。
基本运算电路知识点总结
基本运算电路知识点总结一、基本运算电路的概念基本运算电路是指用来进行基本算术运算的电子电路。
它包括加法器、减法器、乘法器及除法器等。
它们是数字逻辑电路中的重要组成部分，用于实现数字信号的处理和运算。
在数字系统中，基本运算电路是实现数字信号加、减、乘、除等运算的基础，在数字系统中起着重要的作用。
下面将对基本运算电路的知识点进行详细总结。
二、加法器1. 概念加法器是一种用来实现数字信号加法运算的电路。
它将两个输入信号进行加法计算，得到一个输出信号。
加法器是数字逻辑电路中的基本组成部分，用于实现数字信号的加法运算。
2. 类型加法器包括半加器、全加器、并行加法器等不同类型。
其中，半加器用来对两个二进制数的最低位进行相加，得到一个部分和和一个进位；全加器用来对两个二进制数的一个位和一个进位进行相加，得到一个部分和和一个进位；而并行加法器则是将多个全加器连接起来，实现对多位二进制数的加法计算。
3. 原理以全加器为例，它由三个输入和两个输出组成。
其中，三个输入分别是两个待相加的二进制数对应位上的值和上一位的进位，而两个输出分别是当前位的部分和和进位。
全加器的原理是通过对三个输入进行逻辑门运算，得到当前位的部分和和进位。
4. 应用加法器广泛应用于数字系统中，包括计算机、数字信号处理系统、通信系统等。
在计算机中，加法器用来进行寄存器之间的运算，对数据进行加法操作；在通信系统中，加法器用来进行数字信号的处理，对数字信号进行加法运算。
三、减法器1. 概念减法器是一种用来实现数字信号减法运算的电路。
它将两个输入信号进行减法计算，得到一个输出信号。
减法器是数字逻辑电路中的基本组成部分，用于实现数字信号的减法运算。
2. 类型减法器包括半减器和全减器两种不同类型。
其中，半减器用来对两个二进制数的最低位进行相减，得到一个部分差和一个借位；全减器用来对两个二进制数的一个位和一个借位进行相减，得到一个部分差和一个借位。
3. 原理以全减器为例，它由三个输入和两个输出组成。
常用运算放大器16个基本运算电路
5. 微分运算电路
微分运算电路如图 5 所示，
XFG1
R2 15kΩ
C2
22nF
V3
R1
C1
4
12 V
2
1kΩ
22nF
U1A
1
3
T L082CD
8
V2 12 V
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
图5
电路的输出电压为 uo 为：
uo = −R2C1 dui dt
式中， R2C1 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为UOM ,
式中，Auf = 1+ RF / R1 为同相比例放大电路的电压增益。同样要求 Auf 必须小于 3， 电路才能稳定工作，当 f = fo 时，带通滤波器具有最大电压增益 Auo ，其值为：
Auo = Auf / (3 − Auf )
10. 二阶带阻滤波电路
二阶带阻滤波电路如图 10 所示，
C1
1nF R1
_
图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高的场合。
R1 10kΩ
4 2
12 V
U1A 1
3
8 TL082CD
R3 9kΩ
V2 12 V
D2 1N4148
XSC1
A +_
基本运算电路
基本运算电路
• 比例运算电路 • 加减运算电路 • 积分和微分运算电路 • 对数和反对数电路 • 乘法和除法运算电路
1.1 比例运算电路
• 反相比例电路
1.1 比例运算电路
• 同相比例电路
【例】 电路如图所示，已知U0=-55Ui，其余参 数如图中所示，R3和R6为平衡电阻，试求R5的 阻值。
• 减法电路 双运放减法运算电路
例1.2 设计电路实现 uO 10uI1 5uI 2 4uI3
1.3 积分和微分运算电路
• 积分电路 基本积分电路
1.3 积分和微分运算电路
• 微分电路
1.4 对数和反对数电路
• 对数运算电路
对数运算电路
1.4 对数和反对数电路
• 反对数（指数）运算电路
解
由图可知，
A1构成同 相比例电
U o1
Uo
(1
R2 R1
)UiΒιβλιοθήκη 11UiR5 R4
U o1
R5 100
11U i
R5 500kΩ
55Ui
路，A2构 成反相比 例电路。
9.2.2 加减运算电路
• 加法电路
反相加法电路
同相加法电路
9.2.2 加减运算电路
• 减法电路
单运放减法运算电路
9.2.2 加减运算电路
基本反对数运算电路
1.5 乘法和除法运算电路
• 乘法运算电路
乘法运算的电路组成框图
1.5 乘法和除法运算电路
• 除法运算电路
除法电路
电路与模拟电子技术
基本运算电路
u
uO = uO1 + uO2
= Rf / R1( uI2 uI1 )
减法运算实际是差动电路
uo = Rf /R1( uI2 uI1 )
若四个电阻均相同，则 uo = uI2 uI1
4．三运放差动放大电路
测量放大器(或仪用放大器) 同相输入 uO1 差动输入
uI
例7 开关延迟电路
电子开关
O 3V uO 6V O
t
1 ms
us
t
当 uO 6 V 时 S 闭合，
UI t6V uO R1C f 3t 6 4 8 10 5 10
O 3V
t
t 1 ms
例 8 利用积分电路将方波变成三角波
10 nF
时间常数 = R1Cf = 0.1 ms
Δ
∞
uo +
Δ
第6章
集成运算放大器的应用
[例2] 求图示电路中uo与uI1、uI2的关系。
(1 R2 / R1 ) uI1
R2 R1 R1 uo (1 )uI1 (1 )uI2 R1 R2 R2 R1 (1 )(uI2 uI1 ) R2
[例3]差动运算电路的设计
i1 i f u1 R1
1 Rf C f R1 R1
1
t
0
i f dt
u
Rf t 1 u i dt u i 0 u i dt R1 C f R1 0
t
当输入电压为一恒定Ui值时，输出电压为
Rf 1 u o Ui R C f R1 1 R U f t 0 U i dt i R1 R1C f
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基本运算电路
一、实验目的
1．熟悉由运算放大器组成的基本运算电路。
2．掌握运算电路的调试和实验方法。
3．了解运算放大器的主要技术参数。
4．了解运算电路的设计知识。
二、原理与说明
1．运算放大器的主要技术参数
双输入、单输出运算放大器的符号如图 所示（两个直流电源端U +、U -有时省去不画），各端子相对于地的电压及端子电流如图中所示。
在实际中，运算放大器有上千种型号，描述其性能的技术参数如下：
u u u o
u o
图 运算放大器的符号 图 运算放大器的输入失调电压
（1）输入失调电压U io
实际运放由于制造工艺问题，两个输入通路不可能完全匹配，当输入电压U i
为零时，输出电压U o 并不为零。
这相当于在两输入通路完全匹配运放的输入端串有一电压源U io ，如图所示。
显然，当U i =U io 时，输出电压U o =0。
U io 称为运放的输入失调电压。
对超低失调运放，U io 可低于20μV 。
输入失调电压的一种测试电路如图所示，R '=R 1//R f ，可求得
o 1
f 1
io U R R R U +=
按上式用电压表测得输出电压U o 后，可计算出输入失调电压U io 。
（2）输入失调电流I io
运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的差值定义为输入失调电流。
p
n io o =-=U I I I
（3）输入偏置电流I ib
运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值定义为输入偏置电流。
0n p ib o )(2
1
=+=
U I I I 对双极型运放，ib I 可达纳安量级；对MOS 运放，ib I 可达皮安量级。
R o
图 测试失调电压的电路
（4）开环电压增益A 0
运放的电压传递函数与频率有关，在一定频率范围内近似为
()0
n
p o
/j 1j ωωω+=
-=
A U U U A
式中：A 0为直流增益；ω0=2π f 0为3dB 角频率，f 0通常在10Hz 以下。
在无外部反馈条件下，给运放施加一小信号，使运放工作在线性区，且信号频率很低，低于运放的3dB 带宽，输出信号电压与输入差分信号电压的比值称为开环电压增益。
其值A 0可超过100dB 。
对设计良好的运放或内部补偿运放，开环电压增益与3dB 带宽频率的乘积近似等于单位增益频率（增益为1时的频率），它是有源滤波器设计中一个很重要的参数。
对μA741型运放，其典型值为1MHz 。
（5）转换速率S R （也称压摆率）
在阶跃电压输入下，运放输出电压的最大变化速率称为转换速率。
max
o
R d d t
u S =
在运放参数手册中，通常以单位V/(μs)表示。
当输入信号频率比较高时，由于运
放内部电容的电流受晶体管可提供电流的限制，因而电压的变化率不能超过某一最大值。
受转换速率影响，当信号频率高于一定值时（取决于运放增益，电路的闭环增益等因素），会引起输出信号的失真。
附录给出了μA741、LM747、LM324和LM348运放的管脚图和一些技术参数。
2．基本运算电路 （1）反相比例运算电路
电路如图所示，理想电压传递比为
1
f in o R R
u u -=
R o
图 反相比例运算电路
在电路设计时，电阻的取值应在合适的范围之内，除应满足电压传递比要求外，还要考虑运放输出电流的限制，并使运放非理想因素的影响尽可能地小。
此外，电阻本身的功耗不能超过其额定值。
对图电路，R f 的取值应使运放的输出电流小于其最大值。
设运放输出端与地间不接负载，则运放的输出电流
f
o
o R U I =
设运放的最大输出电压为U om ，最大输出电流为I o m ，则R f 的值一般应满足
om
om
f I U R >
R f 取值也不能过大，否则流过R f 的电流则比较小，运放输入失调电流的影响变大。
阻值过大的电阻稳定性差，精度低，噪声也大。
通常R f 的取值在数千欧到数百千欧之间。
R f 确定后，再根据电压传递比确定R 1的值。
此外，R f 、R 1的值还应尽可能属于标称系列，一般要避免使用串并联形式匹配其值。
（2）同相比例运算电路
电路如图所示，理想电压传递比为
1
f in o 1R R
U U +=
图 同相比例运算电路
（3）积分电路
如图所示，设V 0)0(o =u ，运放是理想的，则
⎰-
=t
x x u RC t u 0
in o d )(1)( 如果输入电压为阶跃信号，)(ε)(in in t U t u =，上式积分为
()t U RC
t u in o 1
-
= 式中：RC 为积分时间常数。
在一定时间后，运放进入负饱和区。
如果输入为正弦电压，()t t U t u ε)(cos )(m in ω=，则积分器的输出为
)90cos()sin()(m m o +=-
=t RC U
t RC U t u ωω
ωω 输出电压的幅值与频率成反比，相位超前输入电压90°。
在理想情况下，只要输入信号为足够小的正弦函数，输出电压也为正弦函数。
R
图 积分电路
当考虑运放失调因素的影响时，即使输入电压u in =0，输出仍有一定数值的零漂电压，这个电压随时间变化，该现象称为积分漂移。
为了减小积分漂移，实际中给积分电容还并接一比较大的反馈电阻R f ，如图所示。
为了减小由R f 引起的积分误差，一般取R f >10R 。
三、仪器设备
双路直流稳压电源 1台 示波器 1台 信号发生器 1台 数字多用表
1只 运算放大器 μA741
1片 电阻 100Ω、10k Ω、100k Ω、Ω 各2只 电容 μF
1只
四、实验任务
1．反相比例运算电路的调试
（1）按图接线，R f =20k Ω，R 1=10k Ω， f //1R R R ='，R p =10k Ω，U += +15V ，U -= -15V 。
接线检查无误后接通电源。
（2）加入频率f =500Hz ，Vp-p=1V 的正弦输入信号，用多用表测量输出电压，将数据记入表中，并绘出输入输出信号波形图。
表 R f = R 1= f =
输入电压U in
(V) 输出电压U o （V ） 电压传递比A
误差（%）
图 反相比例运算电路
2．积分电路的调试
（1）按图接线，R=10kΩ，R f =100kΩ，10
R'=kΩ，C=μF。
接线检查无误后接通电源。
（2）给电路接入频率为500Hz、幅值为1V的方波输入信号，用示波器DC 档观察输入、输出电压，并在坐标纸上描绘波形。
图积分电路
3．输入失调电压的测量
(1) 按图接线（失调调零端悬空），R f=10kΩ, R1=100Ω, U+=+15V, U-= -15V。
接线检查无误后接通电源。
其中图(b)为采用双列直插封装μA741型运算放大器的接线图，注意两个调零端要悬空。
（2）用数字多用表测量输出电压U o，按下式计算出输入失调电压
o
o
1
f
1
io101
1
U
U
R
R
R
U=
+
=
+
-
+
f
R
1
R'
U
o
2
3
6
7
4
-15V
+15V
100Ω
10kΩ
100Ω
(a)
双路直流稳压源
(b)
图测试失调电压的电路
五、注意事项
1．组装电路时必须对所有电阻逐一测量，作好记录。
2．运算放大器的各个管脚不要接错，尤其是正、负电源不能接反，否则极易损坏集成片。
六、预习要求与思考题
1．运放μA741的封装图与技术参数请预习有关附录。
2．补偿失调电压的方法有哪些？
七、实验报告要求
1．将计算数据与实测数据进行比较，说明出现误差的原因。
2．记录实验过程中出现的故障和不正常现象，分析原因，说明解决的办法和过程。
3．回答预习思考题。
参考书目[13,14]。