实验十二__集成运算放大器及应用(一)模拟信号运算电路

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课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 姜国均 成绩：

实验名称：集成运算放大器及应用(一)模拟信号运算电路 实验类型： 同组学生姓名：黄福艇

实验报告

学号： 3110104091 日期： 2013.5.9

一、实验目的

1.了解集成运算放大器的基本使用方法和三种输入方式。

2.掌握集成运算放大器构成的比例、加法、减法、积分等运算电路。

二、主要仪器设备

1.MDZ-2型模拟电子技术实验箱 2.实验板及元器件 3.直流稳压电源 4.万用表

三、实验内容及数据记录

在实验中，各实验电路的输入电压均为直流电压，并要求大小和极性可调。因此在实验箱中安放了电位器，并与由集成运算放大器构成的电压跟随其联结，如图12-7所示。当在电位器两端分别加+5V和-5V电源电压时，调节电位器就可在集成运算放大器构成的跟随器的输出端得到稳定而可调的正、负直流电压，此电压即作为各实验电路的输入电压。 图12-7 电压跟随器 1.同相输入比例运算

图12-1

按图12-1接线，输入端加直流电压信号Ui，适当改变Ui，分别测量相应的Uo值，记入表12-1中，并计算Uo/Ui(要求测得的Uo值有大有小，有正有负，并使大部分数据在线性区，小部分在饱和区)。

Uo/V -1.53 -1.00 -0.51 -0.20 0.00 0.23 0.52 1.04 1.45 Ui /V Uo/Ui

表12-1

2.加法运算

按图12-2电路接线，适当调节输入直流信号Ui1和Ui2的大小和极性，册书Uo，计入表12-2。

-14.99 -11.34 饱和 11.34 -5.72 11.22 -2.19 10.95 -0.31 2.41 10.48 5.80 11.15 11.65 11.20 13.67 饱和 图12-2

Ui1/V Ui2/V Uo/V

表12-2

3.减法运算

1.47 0.51 -14.49 0.56 0.08 -6.09 -0.19 0.59 -3.91 -1.10 0.58 5.34 -1.10 -0.39 13.67

-0.36 -0.21 5.78 0.59 0.00 -6.03 -0.45 0.00 4.61

图12-4

按图12-4电路完成减法运算，并将结果记入表12-4。 Ui1/V -0.46 -0.46 0.42 Ui2/V Uo/V

表12-4

4.积分运算

-0.32 1.24 0.39 8.42 0.31 -0.50 0.42 0.81 3.03 0.42 -0.41 -8.44 0.42 0.43 0.00

图12-5

按图12-5电路连接(注意：电路中的电容C是有极性的电解电容，当Ui为负值时，Uo为正值，电容C的正极应接至输出端；如Ui为正值时，则接法相反)。将Ui预先调到-0.5V，开关S合上(可用导线短接)时，电容短接，保证电容器五初始电压，Uo=0。当开关S断开时开始计时，每隔10秒钟读一次Uo，记入表12-5，直到Uo不继续明显增大为止。

T/s Uo/V T/s Uo/V

0 0.00 120 9.91 10 0.93 130 20 1.90 140 30 2.78 150 40 3.67 160 50 4.56 170 60 5.40 180 70 6.28 190 80 7.07 200 90 7.81 210 100 8. 220 110 9.24 230 10.56 11.13 11.70 12.23 12.70 13.12 13.49 13.70 13.70 13.70 13.70 表12-5(Ui=-0.5V)

四、实验总结

1.画出各实验电路图并整理相应的实验数据及结果。 实验电路图已在上文中画出，下面处理实验数据。 (1).同相输入比例运算 作Ui-Uo图如下：

15105 UiUi (V)0-5-10-15-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5Uo (V)

(2).加法运算

作△U-Uo图如下：

15105 UoUo (V)0-5-10-15-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.02.5△U (V)

(3).减法运算

作△U-Uo图如下：

1082EquationWeight Uo Linear Fit of Sheet1 Uoy = a + b*xNo Weighting1.01742-0.996620.99156ValueUoUoInterceptSlope-0.10943-9.79235Standard Error0.208110.40359Residual Sum of SquaresPearson's rAdj. R-SquareUo (V)0-2-4-6-8-10-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0△U (V)

(4).积分运算

作T-Uo图如下：

1412108 UoUo (V)20-20100200T (s)

2.总结集成运放构成的各种运算电路的功能。 (1).同相输入比例运算

根据所作的Ui-Uo图，可以看出同相输入比例运算电路在线性区Uo和Ui呈良好的线性关系，Uo约为Ui的11倍，方向相同，因此该电路主要起到同向放大输入电压信号的功能。当图线处于饱和区时，Uo处于稳定值，不再具有放大功能。 (2).加法运算

根据所作的△U-Uo图，在线性区中，可以看出图线的斜率为负，可见Uo与△U是反向的；因此该电路起到了电压信号相加(αUi2+βUi1)并负放大的作用。而线性区两端为非线性区，Uo趋于定值，电路进入饱和状态，不再具有加法功能。 (3).减法运算

根据所作的△U-Uo图，在线性区中，可以看出图线的斜率为负，可见Uo与△U是反向的是反向的；因此该电路起到了电压信号相减(αUi2-βUi1)的作用。而线性区两端为非线性区，Uo趋于定值，电路进入饱和状态，不再具有减法功能。 (4).积分运算

根据所作的T-Uo图，可见在170s之前，图线基本呈一条直线，可见Uo随时间匀速增长，积分运算正常。而在170s之后，增长速度变慢，最终Uo很快趋于定值，输出电压达到饱和，无法继续运算。

3.总结输入电压大小对运放电路工作状态(线性工作状态和非线性工作状态)的影响。 (1).同相输入比例运算

由实验数据得，Uo的范围为-14.99V~13.67V，当Ui在-1.3V~1.2V区域内电路工作在线性状态；在此范围之外则进入非线性工作状态，输出电压将达到饱和，即为-14.99V或13.67V。因此只有输入电压在线性工作区内，才能实现按比例放大的功能。 (2).加法运算

同样，Uo的范围也为-14.49V~13.67V，而根据所作图线和数据之间的关系，可得斜率约为-10，即为Uo=-10（Ui1+Ui2）.因此可得，当Ui1和Ui2满足-14.49V<-10（Ui1+Ui2）<~13.67V时，电路工作在线性状态；而当其超出该范围时，则进入非线性区域，输出电压将达到饱和，即为-14.49V或13.67V。因此，只有输入电压满足上述关系时才能实现加法运算的功能。 (3).减法运算

和加法运算电路一样，Uo的范围也为-14.49V~13.67V，而根据所作图线和数据之间的关系，可得斜率约为-9.79，即为Uo=-9.79（Ui1+Ui2）。因此可得，当Ui1和Ui2满足-14.49V<-9.79（Ui1+Ui2）<~13.67V时，电路工作在线性状态；而当其超出该范围时，则进入非线性区域，输出电压将达到饱和，即为-14.49V或13.67V。因此，只有输入电压满足上述关系时才能实现减法运算的功能。 (4).积分运算

根据图线所示，可得，Uo最大值为13.70V，线性区域为0≤T＜170s，在此范围内能够正常进行积分运算；当超出该区域时，输出电压将达到饱和，进入非线性状态，积分运算不再进行。实际应用时，应避免进入非线性状态。