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文档简介

1、实验报告课程名称: 电工电子学实验 指导老师: 聂曼 成绩:_实验名称: 集成运算放大器应用(一) 模拟信号运算电路 实验类型: 设计 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(必填)六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得(必填)一、实验目的装 订 线1、了解集成运算放大器的基本使用方法和三种输入方式。2、掌握集成运算放大器构成的比例、加法、减法、积分等运算电路。二、实验原理集成运算放大器有两个输入端,即同相输入端和反向输入端。根据输入电路的不同,有同相输入、反向输入和差分输入三种方式。在实际应用中都必须外界反馈网

2、络构成闭环,用以实现各种模拟信号运算。各电路图见实验内容。1.同相输入比例运算电路 图12-1为同相输入比例运算电路,当输入端A加入信号电压u1时,在理想条件下,输入输出成比例关系。但输出信号的大小受集成运算放大器的最大输出幅度限制,因此输入输出在一定范围内是保持线性关系。2.反向输入加法运算电路 图12-2为反向输入加法运算电路,当输入端A、B加入ui1、ui2信号时,在理想条件下,u0=-(Rf ui1/R1 + Rf ui2/R2) 加法运算电路在工程测量中可用来对信号电压进行变换和定标,即可将某一范围变化的输入电压变换为另一范围变化的输出电压。3.差分输入(减法运算)电路 图12-3为

3、差分输入电路,用它可实现减法运算。当输入端A、B通识加入信号电压ui1、ui2时,在理想条件下,且R1=R2、RF=R3,其输出电压u0=Rf (ui2 ui1)/ R1 4.积分运算电路 图12-4为积分运算电路,若输出端A加一输入信号ui,在理想条件下,且电容两端的初始电压为零,则输出电压u0=-Ui t/R1C即输出电压随时间线性变化。 图12-1 图12-2P.实验名称: 集成运算放大器应用(一) 姓名:_ _学号:_ _装 订 线 图12-3 图12-4三、实验接线图图12-5图12-6P.P.实验名称: 集成运算放大器应用(一) 姓名: _学号:_ _装 订 线四、实验设备MDZ2

4、型模拟电子技术实验箱HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源MY61型数字万用表运放、时基电路实验板五、实验步骤 1、同相输入比例运算按图12-1接线,实物图为图12-5,输入端加直流电压信号Ui,适当改变Ui,分别测量相应的UO值,记入表12-1中,并计算UO/Ui(要求测得的UO值有大有小,有正有负,并使大部分数据在线性区,小部分在饱和区。2、加法运算按图12-2电路接线,实物图为图12-6,适当调节输入直流信号Uil和Ui2的大小和极性,测出Uo,记入表12-2。3、减法运算按图12-3电路完成减法运算,并将结果记入表12-3。4、积分运算按图12-4电路连接,将Ui预先调到0.5V,

5、开关S合上(可用导线短接)时,电容短接,保证电容器无初始电压,UO=0。当开关S断开时开始计时,每隔5秒钟读一次Uo,记入表12 -4,直到Uo大于5V为止。六、实验数据记录 表12-1Ui/V-1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Uo/V -14.67 -11.54 -5.57 -2.38 0 2.25 5.6 11.34 12.8Uo/Ui  9.78 11.54 11.14 11.9 11.25 11.2 11.354 0.85 表12-2Ui1/V-1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Ui2/V -1 -0.5

6、 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5 2Uo/V  12.85 7.73 3.15 0.25 -1.82 -3.74 -6.74 11.64 14.59表12-3Ui1/V -1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Ui2/V 2 1.5 1 0.5 0.2 0 -0.2 -0.5 -1Uo/V 13.23 8.23 3.31 0.25 -1.66 -3.7 -6.74 -11.79 -14.59实验名称: 集成运算放大器应用(一) 姓名:_ _ _学号:_ _P.装 订 线 表12-4t/s0 5 10 15 20 25 30 UO/V0 0

7、.6 10.9 16.2 22.8 28.1 32.8 七、实验数据分析以及结果 1.画出各实验电路图并整理相应的实验数据及结果。实验电路图已在上文中画出,下面处理实验数据。(1).同相输入比例运算作Ui-Uo图如下: (2).加法运算作Ui1-Ui2-Uo图如下: P.实验名称: 集成运算放大器应用(一) 姓名:_ _ _学号:_ _装 订 线 (3).减法运算作Ui1-Ui2-Uo图如下: (4).积分运算 2.总结集成运放构成的各种运算电路的功能。(1).同相输入比例运算根据所作的Ui-Uo图,可以看出同相输入比例运算电路在线性区Uo和Ui呈良好的线性关系,Uo约为Ui的11倍,方向相同

8、,因此该电路主要起到同向放大输入电压信号的功能。当图线处于饱和区时,Uo处于稳定值,不再具有放大功能。P.实验名称: 集成运算放大器应用(一) 姓名:_ _ _学号:_ _装 订 线 (2).加法运算根据所作的Ui1-Ui2-Uo图,在线性区中,可以看出图线的斜率为负,可见Uo与Ui1是反向的;比较三条线可知,Uo与Ui2也呈反向关系。同时,结合其线性关系,可以看出Uo是由Ui1和Ui2按某种比例相加后取负的结果。因此该电路起到了电压信号相加并取负的作用。而线性区两端为非线性区,Uo趋于定值,电路进入饱和状态,不再具有加法功能。(3).减法运算根据所作的Ui1-Ui2-Uo图,在线性区中,可以

9、看出图线的斜率为负,可见Uo与Ui1是反向的;比较三条线可知,Uo与Ui2呈正向关系。同时,结合其线性关系,可以得出Uo是由Ui2与Ui2按某种比例取差后的结果。因此该电路起到了电压信号相减(Ui2-Ui1)的作用。而线性区两端为非线性区,Uo趋于定值,电路进入饱和状态,不再具有减法功能。(4).积分运算根据所作的T-Uo图,可见在170s之前,图线基本呈一条直线,可见Uo随时间匀速增长,积分运算正常。而在170s之后,Uo很快趋于定值,输出电压达到饱和,无法继续运算。3.总结输入电压大小对运放电路工作状态(线性工作状态和非线性工作状态)的影响。(1).同相输入比例运算由实验数据得,Uo的范围

10、为-14.67V13.66V,当Ui在-1.3V1.2V区域内电路工作在线性状态;在此范围之外则进入非线性工作状态,输出电压将达到饱和,即为-14.67V或13.66V。因此只有输入电压在线性工作区内,才能实现按比例放大的功能。(2).加法运算同样,Uo的范围也为-14.67V13.66V,而根据所作图线和数据之间的关系,可得Ui1和Ui2的系数分别约为-10.29和-10.71,即为Uo=-10.29Ui1-10.71Ui2。因此可得,当Ui1和Ui2满足-14.67V<-10.29Ui1-10.71Ui2<13.66V时,电路工作在线性状态;而当其超出该范围时,则进入非线性区域,输出电压将达到饱和,即为-14.67V或13.66V。因此,只有输入电压满足上述关系时才能实现加法运算的功能。(3).减法运算和加法运算电路一样,Uo的范围也为-14.67V13.66V,而根据所作图线和数据之间的关系,可得Ui1和Ui2的系数分别约为-10.42和9.26,即为Uo=-10.42Ui1+9.26Ui2。因此可得,当Ui1和Ui2满足-14.67V<-10.42Ui1+9.26Ui2<13.66V时,电路工作在线性状态;而当其超出该范围时,则进入非线

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