电工电子学实验12 实验报告

实验报告课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 聂曼 成绩：_实验名称： 集成运算放大器应用（一） 模拟信号运算电路 实验类型： 设计 同组学生姓名：_ _一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤（必填）六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得（必填）一、实验目的装 订 线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、实验原理集成运算放大器有两个输入端，即同相输入端和反向输入端。根据输入电路的不同，有同相输入、反向输入和差分输入三种方式。在实际应用中都必须外界反馈网络构成闭环，用以实现各种模拟信号运算。各电路图见实验内容。1.同相输入比例运算电路 图12-1为同相输入比例运算电路，当输入端A加入信号电压u1时，在理想条件下，输入输出成比例关系。但输出信号的大小受集成运算放大器的最大输出幅度限制，因此输入输出在一定范围内是保持线性关系。2.反向输入加法运算电路 图12-2为反向输入加法运算电路，当输入端A、B加入ui1、ui2信号时，在理想条件下，u0=-（Rf ui1/R1 + Rf ui2/R2） 加法运算电路在工程测量中可用来对信号电压进行变换和定标，即可将某一范围变化的输入电压变换为另一范围变化的输出电压。3.差分输入（减法运算）电路 图12-3为差分输入电路，用它可实现减法运算。当输入端A、B通识加入信号电压ui1、ui2时，在理想条件下，且R1=R2、RF=R3，其输出电压u0=Rf (ui2 ui1)/ R1 4.积分运算电路 图12-4为积分运算电路，若输出端A加一输入信号ui，在理想条件下，且电容两端的初始电压为零，则输出电压u0=-Ui t/R1C即输出电压随时间线性变化。 图12-1 图12-2P.实验名称： 集成运算放大器应用（一） 姓名：_ _学号：_ _装 订 线 图12-3 图12-4三、实验接线图图12-5图12-6P.P.实验名称： 集成运算放大器应用（一） 姓名： _学号：_ _装 订 线四、实验设备MDZ2型模拟电子技术实验箱HY3003D-3型可调式直流稳压稳流电源MY61型数字万用表运放、时基电路实验板五、实验步骤 1、同相输入比例运算按图12-1接线，实物图为图12-5，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。2、加法运算按图12-2电路接线，实物图为图12-6，适当调节输入直流信号Uil和Ui2的大小和极性，测出Uo，记入表12-2。3、减法运算按图12-3电路完成减法运算，并将结果记入表12-3。4、积分运算按图12-4电路连接，将Ui预先调到0.5V，开关S合上（可用导线短接）时，电容短接，保证电容器无初始电压，UO=0。当开关S断开时开始计时，每隔5秒钟读一次Uo，记入表12 -4，直到Uo大于5V为止。六、实验数据记录 表12-1Ui/V-1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Uo/V -14.67 -11.54 -5.57 -2.38 0 2.25 5.6 11.34 12.8Uo/Ui  9.78 11.54 11.14 11.9 11.25 11.2 11.354 0.85 表12-2Ui1/V-1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Ui2/V -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5 2Uo/V  12.85 7.73 3.15 0.25 -1.82 -3.74 -6.74 11.64 14.59表12-3Ui1/V -1.5 -1 -0.5 -0.2 0 0.2 0.5 1 1.5Ui2/V 2 1.5 1 0.5 0.2 0 -0.2 -0.5 -1Uo/V 13.23 8.23 3.31 0.25 -1.66 -3.7 -6.74 -11.79 -14.59实验名称： 集成运算放大器应用（一） 姓名：_ _ _学号：_ _P.装 订 线 表12-4t/s0 5 10 15 20 25 30 UO/V0 0.6 10.9 16.2 22.8 28.1 32.8 七、实验数据分析以及结果 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： (2).加法运算作Ui1-Ui2-Uo图如下： P.实验名称： 集成运算放大器应用（一） 姓名：_ _ _学号：_ _装 订 线 (3).减法运算作Ui1-Ui2-Uo图如下： (4).积分运算 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。P.实验名称： 集成运算放大器应用（一） 姓名：_ _ _学号：_ _装 订 线 (2).加法运算根据所作的Ui1-Ui2-Uo图，在线性区中，可以看出图线的斜率为负，可见Uo与Ui1是反向的；比较三条线可知，Uo与Ui2也呈反向关系。同时，结合其线性关系，可以看出Uo是由Ui1和Ui2按某种比例相加后取负的结果。因此该电路起到了电压信号相加并取负的作用。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Ui1-Ui2-Uo图，在线性区中，可以看出图线的斜率为负，可见Uo与Ui1是反向的；比较三条线可知，Uo与Ui2呈正向关系。同时，结合其线性关系，可以得出Uo是由Ui2与Ui2按某种比例取差后的结果。因此该电路起到了电压信号相减(Ui2-Ui1)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，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-14.67V13.66V，当Ui在-1.3V1.2V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-14.67V或13.66V。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-14.67V13.66V，而根据所作图线和数据之间的关系，可得Ui1和Ui2的系数分别约为-10.29和-10.71，即为Uo=-10.29Ui1-10.71Ui2。因此可得，当Ui1和Ui2满足-14.67V<-10.29Ui1-10.71Ui2<13.66V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-14.67V或13.66V。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-14.67V13.66V，而根据所作图线和数据之间的关系，可得Ui1和Ui2的系数分别约为-10.42和9.26，即为Uo=-10.42Ui1+9.26Ui2。因此可得，当Ui1和Ui2满足-14.67V<-10.42Ui1+9.26Ui2<13.66V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-14.67V或13.66V。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13.69V，线性区域为0T330s，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。