实验二 比例和加减法运算电路.doc

实验二 比例和加减法运算电路一、实验目的 1、理解运算放大器的基本性质和特点。 2、熟悉集成运放构成的几种运算电路的结构及特点，测定其运算关系。 3、学习运算放大器的线性电路和非线性电路的应用。 二、实验仪器及原件 1. 双踪示波器（SS-7804型） 1台2. 信号发生器（EE1641D型） 1台3. 数字万用表（DT890型） 1只4. 直流电源（05V2可调） 1台5. 实验板 1块 6. 连接导线 若干三、实验原理 图2.1是与实验板相近的电路，图中D1D2为正负电源接错保护，加入D1D2后集成电路上的电压仅为11.4V左右。C1C2为去耦电容，滤除由电源引入的高次谐波。D3D4为集成电路输入端过电压保护，500电阻R为集成电路输出保护，其均已连接好，放在实验板面背后。注意：后续实验，凡有集成电路的实验电路，均有以上元件，且已连接好。voCA3140_+-12V500R10kRpRf3Rf4100k50k10kR210kR3vi2vi3S2S3Rf1Rf2100k10kR1vi1S1125436vi2反相加法电路vi2-vi1+ 12V反相比例、减法电路20.1F0.1F150kC1C2D2D1D3D4减法电路73图2.1 电压跟随、比例、加减运算电路原理图 电压跟随电路 电压跟随电路如图2.2所示。电路为电压串联深度负反馈，因此，具有输出电阻很低，输入电阻很高的特点，一般用于信号隔离。输入与输出间的关系为： vO=vI。 反相比例运算电路图2.3是反相比例电路的原理图。输出与输入间的关系： 图2.2 电压跟随器+_vivo= viRf+R2Anp+12V-12V100k10k(a)+_vivo= viApn+12V-12V(b)R1Rf1Rp= R1/ Rfvi+_vo100kRf250k10kS1+12V-12V同相输入端与地之间的电阻称平衡电阻。其值应为： RP=Rf/R1 。 同相比例运算运算电 同相比例电路如图2.4所示。输入与输出间的关系： 图2.3 反相比例运算电路 RfifvopnR1vii1vnvpR2+100k10k+12V-12V图2.4 同相比例运算电路10k 平衡电阻R2应为： R2=Rf/R1，本实验可取10k。 减法（差分）运算电路10kRfpnR1vi1+_vovi2图2.5 减法运算电路AR3R2100k10k100k-12V+12V减法电路如图2.5所示。输入与输出间的关系： 平衡电阻： Rn=Rp5.反相加法运算放器 电路如图2.6所示，输出与输入间的关系： 平衡电阻： RP=Rf/ R2/ R3TrVI+负电源 +VCC VOTr 空脚调 零端 71 2 3 4568CA3140E反相输入 VI-同相输入 -VCC调零端输出端正电源NCR2Rf1Rp= R1/R2/ Rfvi2+_vo100kRf250kS3R110k10k10k+12V-12Vvi3 图2.6 反相加法运算电路 图2.7 CA3140管脚排列四、实验内容及步骤 S520k6800PF10k0. 1F10k100k50kvi110k0. 01FvI10k0. 1F100k10kS310kvi2vi3S4反相加法电路减法电路50k0. 1F-12V31405678432163140578432150010k50k比例、减法元件微分、PID元件10k0. 068F0. 01F10kC10.02F680k0.01FvI10kRP150kR1S1S2+12V0.1F积分元件0.1F保护元件放在背后比例、加减、积分、微分电路实验板图保护元件已连接，放在板背后1k备用C2vO本实验是在图2.3所示的实验板上进行。集成电路采用CA3140或OP081等，其管脚功能如图2.7所示。 图2.3 电压跟随、比例、加减运算电路试验板图 电压跟随电路 （1）按图2.2(a)或(b)接线。由图2.1可看出，即把1与2点连接，6点与输出端连接或输出端与2点短接，1与3点连接。将输入端接地，闭合电源开关，用示波器观察输出有无振荡波形。若有，应先消振或调零后，再进行实验。加入直流信号电压VI，调节电压值见表2.1，测量VO的值，记入表2.1中。 反相比例运算电路(1)按图2.3正确连接。即按图2.1把1点与1和2点连接，6点与输出端vo连接，3点与4点连接，并调节RP=Rf/R1。闭合电源开关。（2）输入直流电压信号, 调节VI电压见表2.2，测量VO的值，记入表2.2中，计算增益Av。分析实测值与理论值产生误差的原因。表2.1 电压跟随电路测试表Vi(v)1V3V-5VVO(v)计算AV=VO Vi（3）输入f=200Hz，VIm =0.8V的正弦信号，测量输出电压VOm，用示波器观察 vO、vI 的相位关系, 测量结果记入表2.3中，计算增益Av。（4）设计一个反相比例运算放大器电路，要求电压增益AV15，请确定R1 , R2, Rf的值，说明允许输入的最大信号VIm？ 表2.2 反相比例输入直流信号测量表测量7脚VCC=( ) V, 4脚-VCC=( ) V，RP1=（ ），RP2=（ ）VI/V(Rf1=100k)10.90.50VI/V(Rf2=50k)0-0.5-0.9-1VO1/VVO2/VVO/V理论值VO/V理论值Av1Av2表2.3 反相比例输入交流信号VIm/VVOm/VvivottvI、vO波形Avf=200Hz, Rf=100kVIm=0.8V测量计算：理论值相位：3. 同相比例（1）按图2.4正确连接，即由图2.1，将 1与4（RP置最大）点和2点连接，6点与2.4 同相比例输入直流信号VI/V(Rf=100k)0.80.40-0.2-0.6VOm/VVOm/V理论值Av2.5 同相比例输入交流信号VIm/VVOm/VvI、vO波形测量计算Avf=200Hz, Rf=50kVIm=0.8Vvivott理论值相位：输出端vo连接；1与3点连接，便构成同相比例运算电路。闭合电源开关。（2）输入直流电压信号，调节VI电压值见表2.4，测量VO的值，记入表2.4中，计算增益Av。分析实测值与理论值产生误差的原因。（3）输入f=200Hz，VIm=0.8V，测量VOm，用示波器观察vO、vI 的相位关系。测量结果记入表2.5中，计算增益Av。分析实测值与理论值产生误差的原因。（4）设计一个同相比例运算电路，要求电压增益AV11，设Rf100，请确定R1、R2的值，说明允许输入的最大信号VIm？ 减法（差分）运算电路（1）按图2.5正确连接。即在图2.1中，将1点与1、2点连接，6点与输出端vo连接；5点与3点连接（S3断开），7点接地，便构成减法运算电路。（2）输入直流信号，调节VI电压值见表2.6，测量VO的值，记入表2.6中，计算放大倍数Av。分析实测值与理论值产生误差的原因。2.6减法输入直流信号（Rf为100k）vI1/V（接反相）0.80.40-0.2-0.6vI2/V（接同相）0.4-0.2-0.20.70.1vO/VvO/V理论值（3）设计一个差动运算放大器电路，要求电压增益AV7.5，请确定各电阻的值，说明输入信号的最大差值VI？5反相加法运算电路（1）按图2.6正确连接。即在图2.1中，将5点与2点连接（S3合上），6点与输出端vo连接；3点与4点连接。（2）输入直流信号，调节VI电压值见表2.7，测量O的值，记入表2.7中，计算增益Av。分析实测值与理论值产生误差的原因。 4.7反相加法输入直流信号（Rf=100k）VI2/V0.70.40-0.2-0.6VI3/V-0.2-0.2-0.20.80.1VO/VvO/V理论值（3）设计一个反相加法运算电路，要求电压增益AV8，请确定各电阻的值，说明输入信号和的最大值VI？ 五、实验报告、预习要求及思考题 1.实验报告 （1）整理实验数据、完成表格中要求的内容。对应画出各输出电压与输入电压的波形。（2）将测试值与估算值比较，若有误差，分析其原因。（3）实验中若有不正常现象或故障，说明