实验四 比例求和运算电路实验报告

实验四 比例求与运算电路

一、实验目的

1.掌握用集成运算放大器组成比例、求与电路的特点及性能。

2.学会上述电路的测试与分析方法。

二、实验仪器

1、数字万用表

2、信号发生器

3、双踪示波器

其中,模拟电子线路实验箱用到直流稳压电源模块,元器件模组以及“比例求与运算电路”模板。

三、实验原理

(一)、比例运算电路 1.工作原理

a.反相比例运算,最小输入信号min i U 等条件来选择运算放大器与确定外围电路元件参数。

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

A

V i

V o

R F

100k Ω

R 1

10k Ω

R 2

10k Ω

A B

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 。

根据虚短与虚断的特点,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就是交流运算,也可以就是直流运算。输入信号如果就是直流,则需加调零电路。如果就是交流信号输入,则输入、输出端要加隔直电容,而调零电路可省略。

(二)求与运算电路 1.反相求与

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

=-+

四、实验内容及步骤

1、、电压跟随电路

实验电路如图1所示。按表1内容进行实验测量并记录。 理论计算: 得到电压放大倍数:

即:Ui=U+=U-=U

图1 电压跟随器

表1:电压跟随器 直流输入电压Vi(v) -2

-0、5

0、5

1

输出电压Vo(v)

Rl=∽ Rl=5、1k

从实验结果瞧出基本满足输入等于输出。 2、反相比例电路

理论值:(Ui-U-)/10K=(U--UO)/100K 且U+=U-=0故UO=-10Ui 。 实验电路如图2所示:

图2:反向比例放大电路

(1)、按表2内容进行实验测量并记录、 表2:反相比例放大电路(1) 测试条件

被测量 理论估算值 实测值 R L 开路,直流输入信号V i 由0变为800mV

ΔV 0 ΔV AB ΔV R2 ΔV R1

V i =800mV ,R L 由开路变为5、1K ΔV 0L 量值之差。

测量结果:从实验数据1得出输出与输入相差-10倍关系,基本符合理论,实验数据(2) 主要验证输入端的虚断与虚短。 3、同相比例放大电路

理论值:Ui/10K=(Ui-UO)/100K 故UO=11Ui 。 实验原理图如下:

直流输入电压输入 Vi(mv) 30 100 300 1000 3000 输出电压 Vo(v)

理论值 实测值

误差

图3:同相比例放大电路

(1)、按表4与表5内容进行实验测量并记录 表4:同相比例放大电路(1)

表5:同相比例放大电路(2) 测试条件 被测量 理论估算值 实测值 R L 无穷,直流输入信号V i 由0变为800mV ΔV 0

ΔV AB ΔV R2 ΔV R1

V i =800mV ,R L 由开路变为5、1K ΔV 0L

以上验证电路的输入端特性,即虚断与虚短 4、反相求与放大电路

理论计算:UO=-RF/R*(Ui1+Ui2) 实验原理图如下:

直流输入电压Vi1(V) 0、3v -0、3 直流输入电压Vi2(V) 0、2v 0、2 理论值(V) 输出电压V0(V) 理论值:UO=(1+RF/R1)*R3/(R2+R3)*U2-RF/R1*U1 实验原理图如下:

直流输入电压Ui(mV) 30 100 300

1000 3000

输出电压

Uo(mV) 理论估算

(mV)

实测值

误差

直流输入电压Vi1(V) 1v 2v 0、2v

直流输入电压Vi2(V) 0、5v 1、8v -0、2v

理论值(V)

输出电压V0(V)

五、实验小结及感想

1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。

电压跟随电路:所测得的输出电压基本上与输入电压相等,实验数据准确,误差很小。

反向比例放大器,所测数据与理论估算的误差较小,但当电压加到3V时,理论值与实际值不符,原因就是运算放大器本身的构造。

同相比例放大运算器,所测数据与理论估算的误差较小,但当电压加到3V时,理论值与实际值不符,原因就是运算放大器本身的构造。

2.分析理论计算与实验结果误差的原因。

在实验误差允许范围内,试验所测得的数据与理论估算的数据基本一致,仍存在一定的误差。

误差分析:

1、可能就是电压调节的过程中存在着一些人为的误差因素。

2、可能就是所给的电压表本身带有一定的误差。

3、实验中的导线存在一定的电阻。

4、当电压加大到某一个值时,任凭输入电压怎么增大,输出电压不会再改变了,这就就是运算放大器本身的构造问题了。