实验四比例求和运算电路实验报告

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实验四 比例求和运算电路

一、实验目的

1．掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。

2．学会上述电路的测试和分析方法。

二、实验仪器

数字万用表

信号发生器

双踪示波器

其中，模拟电子线路实验箱用到直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”模板。

三、实验原理

（一）、比例运算电路

1．工作原理

a．反相比例运算, 最小输入信号U i min 等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。

如下图所示。

RF

R1

100k Ω

10k ΩA

V i

Vo

B

A

R2

10k Ω

输入电压

1 加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2

U i 经电阻 R

接地。输出电压

U O

F接回到反相输入端。通常有：

R 2=R1//R F

经 R

由于虚断，有 I =0

，则 u =-I

R=0。又因虚短，可得： u =u =0

+

+

+ 2

-+

由于 I - =0，则有 i 1 =i f ，可得：

u i u

u u o

R 1

R F

A uf

u o

RF

由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：

u i

R1

R if

ui

R1

ii

.

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反相比例运算电路的输出电阻为： Rof =0

输入电阻为： Rif =R1

b．同相比例运算

RF

R1

100kΩ

10kΩ

A

V o

BA

V i

R2

10kΩ

输入电压 U i 接至同相输入端，输出电压 U O 通过电阻 RF仍接到反相输入端。

R2 的阻值应为 R2=R1//R F。

根据虚短和虚断的特点，可知

-

+

则有

u

R1

u

I

=I =0,

R1

RF

o

R1

且 u - =u+=ui ，可得：

uo

ui

R1

RF

A uf

u o

R F

u i

1

R 1

同相比例运算电路输入电阻为：

R if

u i

i i

输出电阻： Rof =0

以上比例运算电路可以是交流运算， 也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。

（二）求和运算电路

1．反相求和

根据“虚短”、“虚断”的概念

ui1

ui 2

uo

uo

( RF ui1

RF u i 2 )

R1

R2

RF

R1

R 2

当 R =R=R，则

uo

RF

(ui 1

ui 2 )

1

2

R

四、实验内容及步骤

1、.电压跟随电路

实验电路如图 1 所示。按表 1 内容进行实验测量并记录。

.

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理论 计 算： 得到电压放大倍数：

即： Ui=U+=U-=U

1 电压跟随器

1：电压跟随器

直流输入电压 Vi （v）

-2

-0.5

0

0.5

1

输 出 电 压 Rl=∽

Vo(v) Rl=5.1k

从实验结果看出基本满足输入等于输出。

2、反相比例电路

理论值：（Ui-U- ） /10K=（U--UO） /100K 且 U+=U-=0故 UO=-10Ui。

实验电路如图 2 所示：

2：反向比例放大电路

1）、按表 2 内容进行实验测量并记录 . 表 2: 反相比例放大电路（ 1）

直流输入电压输入 Vi（mv）30

10030010003000

输 出 电 压 理论值

Vo(v)

实测值

误差

（ 2）、按表 3 进行实验测量并记录。

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表三：反相比例放大电路（ 2）

测试条件 被测量 理论估算值 实测值

RL 开路，直流输入信号 Vi 由 0 变为 800mV V0

VAB

VR2

VR1

V i =800mV ，RL 由开路变为 5.1K V0L

其中 RL 接于 VO与地之间。表中各项测量值均为 Ui=0 及 Ui=800mV时所得该项

量值之差。

测量结果：从实验数据 1 得出输出与输入相差 -10 倍关系，基本符合理论，实验数据（ 2） 主要验证输入端的虚断与虚短。

3、同相比例放大电路

理论值： Ui/10K= （Ui-UO）/100K 故 UO=11Ui。

实验原理图如下：

3：同相比例放大电路

1）、按表 4 和表 5 内容进行实验测量并记录表 4: 同相比例放大电路（ 1）

直流输入电压 Ui （mV）30

100

300

1000

3000

理论估算

输出电压

（mV）

Uo（mV）

实测值

误差

表 5：同相比例放大电路（ 2）

测试条件 被测量 理论估算值 实测值

RL 无穷，直流输入信号 Vi 由 0 变为 800mV V0

VAB

VR2

VR1

V i =800mV ，RL 由开路变为 5.1K V0L

以上验证电路的输入端特性，即虚断与虚短

4、反相求和放大电路

.

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理论计算： UO=-RF/R*（Ui1+Ui2 ）

实验原理图如下：

实验结果如下：

直流输入电压 Vi1（ V）

0.3v

-0.3

直流输入电压 Vi2（ V）

0.2v

0.2

理论值 (V)

输出电压 V0（V）

5、双端输入求和放大电路

理论值： UO=（1+RF/R1） *R3/ （ R2+R3）*U2-RF/R1*U1实验原理图如下：

实验结果：

直流输入电压 Vi1（ V）

1v

2v

0.2v

直流输入电压 Vi2（ V）

0.5v

1.8v

-0.2v

理论值（ V）

输出电压 V0（V）

五、实验小结及感想

1．总结本实验中 5 种运算电路的特点及性能。

电压跟随电路：所测得的输出电压基本上与输入电压相等，实验数据准确，

误差很小。

反向比例放大器，所测数据与理论估算的误差较小，但当电压加到 3V 时，

理论值与实际值不符，原因是运算放大器本身的构造。

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同相比例放大运算器，所测数据与理论估算的误差较小，但当电压加到

3V

时，理论值与实际值不符，原因是运算放大器本身的构造。

2．分析理论计算与实验结果误差的原因。

在实验误差允许范围内， 试验所测得的数据与理论估算的数据基本一致， 仍存在一定的误差。

误差分析：

1、 可能是电压调节的过程中存在着一些人为的误差因素。

2、 可能是所给的电压表本身带有一定的误差。

3、 实验中的导线存在一定的电阻。

4、 当电压加大到某一个值时，任凭输入电压怎么增大，输出电压不会再

改变了，这就是运算放大器本身的构造问题了。

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