加法器及差分放大器项目实验报告

1、加法器及差分放大器项目实验报告一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的：（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法；（2）理解运算放大器的工作原理；（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下：（1）电路指标 运算关系:。 输入阻抗。（2）设计条件 电源电压Ec=±5V； 负载阻抗（3）测试项目 A：输入信号，测试4种组合下的输出电压； B：输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出电压波形。 C：输入信号，改变的幅度，测量该加法器的动态范围。 D：输入信号，改变正弦波的频率，从1kHz逐渐增加，步长为2kH

2、z，测量该加法器的幅频特性。2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下：（1）电路指标运算关系：。（2）设计条件电源电压Ec=±5V；负载阻抗（3）测试项目 A：输入信号，测试4种组合下的输出电压； B：输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出电压波形。（二）、差分放大器 1、任务目的：（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法；（2）理解运算放大器的工作原理；（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。2、任务内容2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下：（1）电路指标运算关系:。输入阻抗。（2）设计条件电源电压Ec=±5V；负载阻抗（3）测试项目

3、A：输入信号，测试4种组合下的输出电压； B：输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出电压波形。二、设计及调试（一）、电路设计 1、反相加法器 U0=-Rf*If U0=-Rf*(Ui1/R1+Ui2/R2) 输出电压与输入电压反相 R3在电路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 2、同相加法器 U0=(1+Rf/R)Ui 输出电压与输入电压同相 R在电路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 3、差分放大器 差分放大电路可以有效的抑制“零点漂移” U0=(R1+Rf)/R1*R3/(R2+R3)-(R2/R1)*U1 R1=R2,R3=Rf,U0=-(R2/R1)*(Ui1-Ui2)（二

4、）、电路仿真 1、加法器 1.1反相加法器 A.输入信号，测试4种组合下的输出电压 仿真测试数据:Ui1Ui2U00.5V0.5V-3.5V0.5V-0.5V1.5V-0.5V0.5V1.5V-0.5V-0.5V3.5V B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的电压波形 仿真电路： 仿真测试波形： 输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （蓝色波形） 输出： U0发生直流偏移，向下偏2.5V（红色波形） 输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （蓝色波形） 输出： U0发生直流偏移，向上偏2.5V（红色波形） C.输入信

5、号，改变的幅度，测量该加法器的动态范围 仿真电路： 仿真测试波形： 输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度0.1V正弦波（蓝色波形） 输出：U0=0.2V(最大值)，频率1KHz正弦波（红色波形） 输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度2V正弦波（蓝色波形） 输出：U0=3.998V，频率1KHz正弦波，顶部发生失真现象（红色波形） 输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度2.5V正弦波（蓝色波形） 输出：U0=4.671V（最大值），频率1KHz正弦波，顶部和底部均发生失真现象（红色波形） 动态范围： D.输入信号，改变正弦波的频率，从1kHz逐渐增加，步长为2kHz，

6、测量该加法器的幅频特性 仿真电路： 仿真测试波形： 输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为1KHz的正弦波（蓝色波形） 输出：U0=2V（最大值），频率为1KHz的正弦波（红色波形） 输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为3KHz的正弦波（蓝色波形） 输出：U0=2V（最大值），频率为1KHz的正弦波（红色波形）输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为31KHz的正弦波（蓝色波形） 输出：U0=1.92V（最大值），频率为1KHz的正弦波，幅度开始减小（红色波形）输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为31KHz的正弦波（蓝色波形） 输出：U0=1.67V（最大值）

7、，频率为1KHz的正弦波，幅度减小（红色波形）测试值及幅频特性曲线： 1.2同相加法器 A.输入信号，测试4种组合下的输出电压 仿真电路： 仿真测试数据： Ui1Ui2U01V1V2V1V-1V-11.147uV-1V1V-11.147uV-1V-1V-2V B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出电压形 仿真电路： 仿真测试波形： 输入：Ui1=1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（绿色波形） 输出：U0=0.999766V（有效值），频率1KHz的正弦波，向上偏移1V（红色波形） 输入：Ui1=-1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（绿色波形） 输出：U0=-0.99

8、9761V，频率1KHz的正弦波，向下偏移1V（红色波形） 2、差分放大器 A.输入信号，测试4种组合下的输出电压 仿真电路： 仿真测试数据：Ui1Ui2U00.5V0.5V-55.315uV0.5V-0.5V-4.633V-0.5V0.5V3.764V-0.5V-0.5V-8.381uV B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输电压波形 仿真电路： 仿真测试波形： 输入：Ui1=-0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（红色波形） 输出：U0=2.163V，频率1KHz正弦波，顶部发生失真现象（黄色波形） 输入：Ui1=0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（

9、红色波形） 输出：U0=-2.337V，频率1KHz正弦波，底部发生失真现象（黄色波形） （三）、电路焊装和调试 1、元器件清单 1.1反相加法器名称型号数量普通电阻4.7K310K122K1运放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.2同相加法器名称型号数量普通电阻4.7K5运放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.3差分放大器名称型号数量普通电阻4.7K322K2运放芯片LM3581运放底座DIP81 2、电路调试结果及结果分析 2.1反相加法器 A.输入信号，测试4种组合下的输出电压 硬件电路测试结果:Ui1Ui2U00.5V0.5V-2.98V0.5V-0.5V-1.2V-0.5V0

10、.5V1.2V-0.5V-0.5V2.96V 结果分析：实际测量结果比仿真测量结果偏小，当两个输入信号均为0.5V时，理论输出应该是-3.4V，而我们的测试值只有-2.98V，最后检查电路时发现由于我们在提供芯片的电压上串接了一个1K电阻和一个发光二级管，再加上电源输入端到4脚、8脚的导线比较长（产生了1.46V的压降）所以芯片的工作电压其实并没有±5V，因此输出值会普遍偏小。 B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出压波形硬件电路输出波形：输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （黄色波形） 输出： U0发生直流偏移，向下偏2.5V（绿色波

11、形） 输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （黄色波形） 输出： U0发生直流偏移，向上偏2.5V（绿色波形） 结果分析：在这个测试项目的进行下，我们发现硬件焊接的电路测试值很不稳定，总是在0.6V之内上下波动，最后发现外界信号对电路输出只有很大的干扰，当我们把手放在输入端上，输出电压值都会发生跳动，经比较计算，我们的测试值在误差范围内是正确的 C.输入信号，改变的幅度，测量该加法器的动态范围 硬件电路输出波形： 输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度1.29V正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.21V，频率1KHz正弦波，顶部发生失真现象（绿色波

12、形） 输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度1.41V正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.53V，频率1KHz正弦波，顶部和底部同时失真（绿色波形） 动态范围 结果分析：在做仿真的时候，当Ui2=2.0V时，波形便发生失真，而在硬件电路的测试中，Ui2=1.29V便出现顶部失真现象，由于我们电路的实际放大倍数为2.2，而仿真的是2，而且实际电路中导线的压降又不可避免(导线太长)，因此，静态工作点会更加偏低，会在较小的输入电压情况下发生失真。 D.输入信号，改变正弦波的频率，从1kHz逐渐增加，步长为2kHz，测量该加法器的幅频特性 硬件电路测试波形： 输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为

13、1V，频率为1KHz的正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.08V，频率为1KHz的正弦波（绿色波形） 输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为5KHz的正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.02V，频率为5KHz的正弦波，开始出现交越失真（绿色波形） 输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为39KHz的正弦波（黄色波形） 输出：U0=0.70V，频率为5KHz的正弦波，幅度明显下降（绿色波形） 硬件电路测试数据： 结果分析：硬件电路测试值较仿真测试值曲线不够平滑，电路本身存在干扰，仪器仪表又具有一定的误差范围，因此相对于仿真，实际电路与理论值会有一定大的误差。 2.2同相加法器 A.

14、输入信号，测试4种组合下的输出电压 硬件电路测试值： Ui1Ui2U01V1V1.92V1V-1V58.8mV-1V1V-54.345mV-1V-1V-1.922V 结果分析：硬件电路测试值与仿真电路测试值相比略微渐小，由于硬件电路的运放芯片LM358工作电压经过导线送入，而导线上有压降，所以工作电压较理论值要小，所以输出会跟随被影响，也会减小。 B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的输出电压形硬件电路输出波形：输入：Ui1=1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=0.925V，频率1KHz的正弦波，向上偏移1V（绿色波形） 输入：Ui1=1V，Ui2为频率1

15、KHz，幅度1V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=-0.934V，频率1KHz的正弦波，向下偏移1V（绿色波形） 结果分析：硬件测试电路与仿真结果较为相似，但是波形不太稳定，在零点几V的范围内来回跳动，后来在检查电路后发现是由于存在干扰信号，而且示波器工作也不太稳定。 2.3差分放大电路A.输入信号，测试4种组合下的输出电压仿真测试数据：Ui1Ui2U00.5V0.5V25.2mV0.5V-0.5V-4.26V-0.5V0.5V3.664V-0.5V-0.5V-4.7mV B.输入信号信号，测试两种输入组合情况下的出电压波形 硬件电路测试波形： 输入：Ui1=0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=0.2V，频率1KHz正弦波，发生直流偏移，底部发生失真现象（绿色波形） 输入：Ui1=-0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=1.8V，频率1KHz正弦波，发生直流偏移，顶部发生失真现象（绿色波形） 结果分析：偏移幅度不够大，由于放大倍数不同，且运放芯片性质决定可以放