单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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：,R,f,=10 k,要求：,u,o,=,u,I1,2,u,I2,R,1,=5 k,R,2,=2,R,3,R,2,/,R,3,=,R,1,/,R,f,=,5/10,R,2,=10 k,R,3,=5 k,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,),=1.5v,f(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,(DM992A)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、思考题,1,在积分电路中，跨接的电阻 起什么作用,?,2,在反相加法器输出电压算式中，各相加项的比例系数仅 与和输入电路的输入电之比有关，而与其他输入电路的电阻及运算放大器的参数无关，以上结论在什么条件下才成立,?,为什么,?,3,如果实际运算放大器不符合理想运算放大器条件，会出现什么问题,?,。