1、四川大学电气信息学院电气工程及其自动化网络专升本实验报告实验课程：电工电子综合实践实验名称：算术运算电路班级：05 秋电气工程及其自动化 姓名：学号： VH1052U2003 日期： 2007-9-4实验内容：、 实验目的1、 了解集成运算放大器开环放大倍数 Av 和最大输出电压Vomax 的测试 方法。2、 掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分电路的连接与测试。3、 了解集成运算放大器非线性应用的特点。、 实验器材1、 实物实验器材（1）、HY177-30S 双路可跟踪直流稳压电源 1 台（2）、AFG310 函数发生器 1 台（3）、FLUKE45 数字万用表 1 台
2、（4）TDS210 数字式双踪示波器 1 台2、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套三、实验原理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实现非线性应用
3、，如信号比较器- 采样保持电路等。衡量线性集成放大器的性能指标很多，其中开环放大倍数 Av 反映了该器件在输出开路的条件下，输出电压对差模电压的放大能力。最大输出电压 Vomax 则反映输出电压与输 入电压的线性应用范围，超过此界限则进入非线性区。四、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
4、电路测试输入信号 输出信号 计算值Vi ( V ) Vo ( V ) Av=Vo/Vi0 00.5 -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信号 输出信号 计算值Vi ( V ) Vo ( V ) Av=Vo/Vi0 00.
5、5 2.100 4.20.8 3.360 4.21 4.200 4.23、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 )1 1 -22 1 -31 2 -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输
6、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 )1 1 0.052 1 -11 2 15、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。123U1OPA
7、MP_3T_VIRTUALR151kohmR251kohmR3100kohmC14.7nFXFG1 A B TGXSC1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。123U1OPAMP_3T_VIRTUALR151kohmR233kohmR351kohmC1470pFXFG1 A B TGXSC1表 7-6 微分运算 电路输入波形 输出波形五、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
8、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 7-9 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
9、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Vi Vo Vomax Av开环放大倍数 5.4mV 5V 925.9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/Vi=RF3/R5图 7-10 反相比例运算电路表 7-8 反相比例运算的
10、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)1 2 -3.032 1 -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，
11、并填入表中。表 7-10 减法运算的测试Vi1（V） Vi2(V) Vo(V)1 2 1.002 1 -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。六、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
12、特点。答：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(dVi /dt)
