电气施工报告

1、四川大学网络教育学院 电工电子综合实践 实验题目1、 算术运算电路2、计数器实验目的算术运算电路目的1.了解集成运放开环放大倍数和最大输出电压的测试方法。掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。计数器目的2.了解中规模集成计数器74LS90，74LS161的功能，学习其使用方法。掌握将十进制计数器变换成N进制计数器的方。了解同步一、实验目的。了解集成运放开环放大倍数和最大输出电压的测试方法。掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。仪器仪表目录1

2、.HY177-30S双路可跟踪直流稳压电源、AFG310函数发生器、FLUKE45数字万用表、TDS210数字式双踪示波器 。虚拟实验器材（1）、操作系统为Windows95/98/ME的计算机 1台（2）、Electronics Workbench Multisim 2001电子线路仿真软件 1套2.四2输入正与非门74LS00、双D触发器74LD74。实验线路包括实验原理图（可附后）实验内容及操作步骤一、实验算数运算电路 虚拟仿真实验内容及步骤1、反相比例运算放大电路测试按图连接电路，以直流电压源Vi作为输入信号，首先双击电压源，将电压源设定为0伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键

3、运行电路，读出端电压表的值，填入表7-1中。然后按表7-1依次改变直流电压源Vi的值，并将输出电压依次填入表7-1中。表7-1反相比例运算放大电路测试输入信号输出信号计算值Vi ( V )Vo ( V )Av=Vo/Vi000.5-1.600-3.20.8-2.560-3.21-3.200-3.22、同相比例运算放大电路测试按图连接电路，以直流电压源Vi作为输入信号，首先双击电压源，将电压源设定为0伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-2中。然后按表7-2依次改变直流电压源Vi的值，并将输出电压依次填入表7-2中。表7-2同相比例运算放大电路测试输入

4、信号输出信号计算值Vi ( V )Vo ( V )Av=Vo/Vi000.52.1004.20.83.3604.214.2004.23、加法运算电路按图连接电路，使用两个直流电压源分别作为输入信号Vi1和Vi2，依次首先双击电压源，将电压源设定为1伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-3中。然后按表7-3依次改变直流电压源Vi1和Vi2的值，并将输出电压依次填入表7-3中。表7-3加法运算电路输入信号输入信号输出信号Vi 1 ( V )Vi 2 ( V )Vo ( V )11-221-312-34、减法运算电路按图连接电路，使用两个直流电压源分别作为

5、输入信号Vi1和Vi2，依次首先双击电压源，将电压源设定为1伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-4中。然后按表7-4依次改变直流电压源Vi1和Vi2的值，并将输出电压依次填入表7-4中。表7-4减法运算电路输入信号输入信号输出信号Vi 1 ( V )Vi 2 ( V )Vo ( V )110.0521-11215、积分运算电路按图连接电路，使函数发生器XFG1输出幅度为1V，2KHz的方波信号，使用示波器XSC1观察输入与输出的波形，将波形图画入表7-5中。表7-5积分运算电路输入波形输出波形6、微分运算电路按图连接电路，使函数发生器XFG1输出幅

6、度为1V，2KHz的方波信号，使用示波器XSC1观察输入与输出的波形，将波形图画入表7-6中。表7-6微分运算电路输入波形输出波形实物实验内容及步骤1 实验电路板分为五部分。2 线性集成放大器开环放大倍数Av和最大输出电压Vomax的测试。(1) 开环放大倍数Av的测试按图7-8接线，在输入信号未接入前调节Wo，使Vo=0V（用数字万用表直流电压档测量）。然后，通过函数发生器接入正弦波信号Vs，其频率为f=80Hz，调整Vs的幅度使输出电压Vo=5V（用数字万用表交流电压档测量）再测量此时对应的输入电压Vi，将测量数据填入表7-7中。由下式可算得Av;(2) 最大输出电压Vomax的测试按图7

7、-9接线，输入正弦信号Vi，其频率f=80Hz，用示波器的CH2探头监测Vo，CH1（用作X轴信号）监测Vi，增大输入信号直到示波器上观察到放大器进入非线性区（图7-9所示曲线）为止，从示波器上读出正负Vomax值，并填入表7-7中。表7-7 开环放大倍数Av和最大输出电压Vomax的测试ViVoVomaxAv开环放大倍数5.4mV5V925.9最大输出电压从0增加11.5V3 反相比例运算按图7-10接线，用数字万用表直流电压档进行测量。先将输入端接地，调节Wo，使Vo=0V，然后，将输入端与RW1连接，调节RW1使用权Vi为表7-8所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中，理论计算Vo

8、/Vi=RF3/R5图7-10反相比例运算电路表7-8 反相比例运算的测试Vi(V)Vo(V)Vo/Vi0.5-1.55-3.10.8-2.48-3.11-3.1-3.14加法运算按图7-11接线，用数字万用表直流电压档进行测量，调节RW1和RW2，使Vi1和Vi2分别为表7-9所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中。 图7-11 加法运算测试电路表7-9加法运算的测试Vi1（V）Vi2(V)Vo(V)12-3.0321-3.034减法运算按图7-12接线，用数字万用表直流电压档进行测量，调节RW1和RW2，使Vi1和Vi2分别为表7-10所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中。表

9、7-10减法运算的测试Vi1（V）Vi2(V)Vo(V)121.0021-1.00图7-12 减法运算测试电路5积分运算按图7-12（a）接线，用函数发生器输入方波信号Vi=3V，f=2KHz，用双踪示波器观察Vi和Vo并绘入图7-12（b）中。图7-12（a）积分运算测试电路和输入输出波形6微分运算按图7-13（a）接线，用函数发生器输入方波信号Vi=3V，f=2KHz，用双踪示波器观察Vi和Vo并绘入图7-13（b）中。2、 实验报告十一 计数器放大电路的调试 Rf 反相比例放大电路 1反相比例放大电路的特点 UI R1 由运算放大器组成的反相比例放大电 741 Uo路如图1所示。 根据集

10、成运算放大器的基本原理，反 RP 相比例放大电路的闭环特性为： 闭环电压增益： （1） 图1 反相比例放大器输入电阻 （2）输出电阻 （3）其中： Auo为运放的开环电压增益，环路带宽 （4）其中：BWo为运放的开环带宽。最佳反馈电阻 = （5）上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻 （6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性： （1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和 Rf 的值决定。 （2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入

11、电阻R1。由于Rif = R1，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k） （3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。 2反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤如下：（1） 选择集成运算放大器 选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运放的开环电压增益Auo

12、，运放的开环带宽BWo，运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂UIO/T，输入失调电流IIo、输入失调电流温漂IIO/T，输入偏置电流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。 为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。 为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积AuBW和转换速率SR还应满足以下关系： AuBW AufBWf SR 2fmaxUOmax上式中，fmax 是输入信号的最高工作频率。 UOmax 是集成运算放大器的最大输出

13、电压。（2） 计算最佳反馈电阻 按以下公式计算最佳反馈电阻： = 为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf 值的选取还必须满足：。 如果算出来的Rf太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足式（1）中要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。 （3）计算输入电阻R1 由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。否则应改变Rf的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。 （4）计算平衡电阻RP RP=R1/Rf（5）计算输入失调温漂电压 要求UI 100UI，这样才能使

14、温漂引起的误差小于1%。若UI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。 3反相比例放大电路的调试与性能测试（1） 消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调零端、输入与输出端。根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要相位补偿。若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。用示波器观察其输出端是否有振荡波形。若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的

15、波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。（2） 调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。（3） 在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量值与计算值进行比较，看是否满足设计要求。 （4）观察输出波形在输入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信号，用示波器观察输出波形，若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源电压，以消除“平顶形”失真。 R1 Rf （二）同相比例放大电路 1同相比例放大电路的特点 由运算放大器组成的同相输入比例 R

16、1 741 Uo 放大电路如图2所示。 UI 同相放大器的电压放大倍数为： Rf （7） 同相放大器的输入电阻为： 图2 同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid（1+Auo F） （8） 其中：Rid是运放的差模输入电阻，Auo是集成运放的开环电压增益，F=R1/(R1+Rf）为反馈系数。输出电阻：Ro0 放大器同相端的直流平衡电阻为：RP = Rf / R1。 （9）放大器的闭环带宽为： （10） 最佳反馈电阻 （11）2同相比例放大电路的设计要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电

17、压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤：（1） 选择集成运算放大器 在设计同相放大器时，对于所选用的集成运算放大器，除了要满足反相比例放大电路设计中所提出的各项要求外，集成运放共模输入电压的最大值还必须满足实际共模输入信号的最大值。并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。当要求共模误差电压小于UOC时，集成运放的共模抑制比必须满足： 式中：UIC是运放输入端的实际共模输入信号。UOC是运放的共模误差电压。，异步计数器的分频功能，学会调整同步，异步计数器的分频数。实验分析一、算术运算实验分析1 整理实验数据，并从集成运算放大器Av和Vomax参数的测试结果，阐述集成运算放大器的特点。答

18、：集成运算放大器的特点，开环电压放大倍数非常大，接近无穷大。最大的输出电压接近电源电压。2 如果在反相比例运算中将直流电压换成交流正弦电压源，其结果如何？答：结果一样，还是按照反馈比例运算。Vo=- (R2 /R1)Vi3 用比例、加法、减法运算结果分析集成运算放大器构成的比例、加法、减法电路的结构特点，其运算精度和稳定度靠什么来保证。答：（1）输入信号都是加在反向输入端，都必须引入负反馈；（2）开环放大倍数越大，精度和稳定度越好。靠深度负反馈来保证其运算精度和稳定度。4 用观察到的积分运算和微分运算波形，说明输出与输入的关系。答：积分运算：Vo=-Vit / RC 微分运算：Vo=-RC(d

19、Vi /dt)计数器实验分析 计数器是典型的时序逻辑电路，它用来累计和记忆输入脉冲的个数。计数器种类较多，按构成计数器进制的不同，分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。 实验结 论二、实验算术运算结论 线性集成运算放大器在线性区工作时，是一种具有高放大倍数的放大器，加上负反馈网络，就可完成各种线性应用，其中运算放大器可以实现多种数学运算，其基本运算有比例、加法、减法、积分、微分等。线性集成放大器在开环或引入正反馈的情况下，当其两个差动输入端之间存在着微小的失调电压时，放大器就处于正饱和或负饱和状态（即工作于非线性区），利用这种工作方式可以