求和积分与微分电路

实验九集成运算放大器在信号运算方面的应用(二)—求和、积分与微分电路一、实验目的二、预习要求三、基本原理四、实验内容五、实验设备与器材六、实验报告要求七、思考题主菜单一、实验目的

1．熟悉加法、减法、积分、微分电路的基本工作原理和电路组成形式。2．掌握运算电路的设计与实际测量方法。3．学会测试各运算电路和工作波形。二、预习要求

1.预习集成运算放大器有关模拟运算应用方面的知识，了解各电路的工作原理。2.设计一模拟运算电路，满足关系式。3.画出各实验电路，拟出实验数据表，计算有关实验内容理论值，熟悉实验中所用仪器的使用方法，了解各种信号获得的方法。4.学习提高运算精度的方法。

三、实验原理

1．加法器加法器的输出量反映出多个模拟输入量相加的结果。用运算放大器实现加法运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入方式。如图所示的反相输入加法器，是将两个电压和加在集成运算放大器的反相输入端，显然，它属于多端输入的电压并联负反馈电路。在理想情况下，利用虚地的概念，可得到输出电压与输入电压之间的关系为：

反相加法器

（3-9-1）式中负号是由于反相输入所引起的。若，则上式可变为（3-9-2）如果在输出端再接一级反相器，则可消去式(3-9-2)中的负号，这样就可以完全符合常规的算术加法运算。为了提高运算精度，如图3-9-1所示的电路中，同相输入端电阻应满足。图3-9-1所示的电路可以扩展到多个输入电压相加的情况，若有几个输入电压相加，则输出电压与输入电压之间的关系为：

而扩展后的加法器称为比例加法器，如果电路中取则有2．减法运算电路

上图用来实现两个电压、相减的电路图。从结构上看，它是一个反相输入和同相输入相结合的放大器，信号电压、分别通过电阻、加在运算放大器的反相和同相输入端，和构成反馈网络。当电路参数一定时，由于集成运算放大器的开环电压增益很大，不论的大小、极性如何，都将引入很强的负反馈，使。也就是说，电路中也存在“虚短”现象，同时两输入端引入共模电压，。由于及，由电路图可列出下列方程：

差动减法电路例1.

差分运算电路的设计条件：Rf=10k

要求：uo=uI1

2uI2R1=5k

R2=2R3R2//R3=R1//Rf

=5//10R2=10k

R3=5k

而可得输出电压

当电阻值满足的关系时，输出电压可简化为：（3-9-3）输出电压与两个输入电压之差成比例。当取时，，可实现减法运算。这种电路常用于将差动输入转换为单端输出，广泛地用于放大具有强烈共模干扰的微弱信号。要提高运算精度，一方面要严格选配，另一方面要采用高共模抑制比的集成运算放大器3．积分器

积分电路是模拟计算机中的基本单元，利用它可以实现微分方程的模拟，它同时也是控制和测量系统中的重要单元，利用它的充放电过程可以实现延时、定时，以及产生各种波形。采用集成运算放大器的基本积分电路如下图所示。它和反相比例放大器的不同之处在于它是用电容C来代替反馈电阻。利用集成运算放大器，在电容两端电压增长时流过它的电流基本维持稳定，从而可以实现比较理想的积分运算。

积分电路

在理想情况下，利用虚地的概念，可以得到（3-9-4）上式表明输出电压与输入电压成积分关系，式中负号表示它们在相位上是反相的。图中，RF是分流电阻，用于稳定直流增益，以避免直流失调电压在积分周期内

积累导致运算放大器饱和。一般取RF=10R1，由于RF的作用，只有频率大于的输入信号积分才有效，而对于频率小于的输入信号，图所示的电路近似为反相放大器。当输入信号是幅值为的阶跃电压时，在它的作用下，电容将以恒流方式进行充电，输出电压与时间成近似线性关系，这时（3-9-5）若是方波，则输出电压为锯齿波，且二者相位相反。

4．微分器

微分运算是积分运算的逆运算。从电路形式上看，将积分电路图中电阻与电容的位置对调一下，即可得到如下图所示的微分电路。在这个电路中，同样存在虚地，在理想情况下。经过简单推导，可得：即输出电压是输入电压的微分，从而可实现微分运算。利用微分电路可以实现波形变换，如将矩形波变换为尖脉冲。接下来图为积分、微分电路

微分电路

积分-微分电路

四、实验内容

1．加法器2.减法器3.积分器4.微分器5.积分－微分器分别按各电路图接好电路，进行测试所得数据分别填入各自的数据表中。

反相加法器测量数据表

减法电路测量数据表

积分器测量数据表Ui(p-p)=1.5vf(kHz)

Uo(v)输出波型

测量值

计算值

微分器波型表

五、实验设备

1．双踪示波器(YB4320A)l台2．信号发生器(DFl64lD)1台3．低频毫伏表(YB2172)1台4．模拟电路实验箱(DM99—2A)1个5．LM324运算放大器1只六、实验报告要求

1．列出加法、减法运算的实验数据，与理论值相比较，分析其误差产生的原因2．画出积分与微分运算时输入输出信号电压波形，并分析之。3．画出积分一微分运算时各级输入、输出信号电压波形，并分析之。4．画出实验电路，写出主要测试步骤。七、思考