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3.3 信号运算电路仿真 3.3.1 比例求和运算电路 一、实验目的 1、熟悉Multisim软件的使用方法。 2、掌握理解集成运算放大器的工作原理。 3、掌握集成运算放大电路的基本运算关系及基本测量方法。 二、实验原理 1. 理想运算放大器的基本特性 （1）理想运算放大器特性 在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。 1）开环电压增益Aud=∞；2）输入阻抗ri=∞；3）输出阻抗ro=0；4）带宽fBW=∞ 5）失调与漂移均为零等。 （2）理想运放在线性应用时的两个重要特性： 1）输出电压Uo与输入电压之间满足关系式：Uo＝Aud（U+－U－） 由于Aud=∞，而Uo为有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，称为“虚短”。 2）由于ri=∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB＝0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 2. 反相比例运算电路 电路如图3.3.1-1所示。该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2＝R1 //RF。（RF为图中RF，R1为图中R1） 图3.3.1-1 反相比例运算电路 3. 同相比例运算电路 图3.3.1-2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为： ， R2＝R1 // RF 图3.3.1-2 同相比例运算电路 当R1→∞时，UO＝Ui，即得到如图3.3.1-3所示的电压跟随器。图中R2＝RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ， RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。 图3.3.1-3电压跟随器电路 4. 加法运算电路 电路如图3.3.1-4所示，输出电压与输入电压之间的关系为： R3＝R1 // R2 // RF（RF为图中RF，R1为图中R1,R2为图中R2, R3为图中R3） 图3.3.1-4 反相加法运算电路 5. 减法运算电路 对于图3.3.1-5所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时， 有如下关系式： 图3.3.1-5 减法运算电路图 三、虚拟实验仪器及器材 双踪示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表等仪器、集成电路741 四、实验内容与步骤 1．反相比例运算电路 反相比例运算电路如下图3.3.1-6所示。 图3.3.1-6 反相比例运算电路 在Multisim主界面内搭建反相比例运算电路如上图3.3.1-6所示，将输入直流电压源设定为1V，在显示器件库内选择电压表接于输出端（接点6）。电路连接完毕，将电源开关闭合，电路运算结果即显示于电压表内（本例内输出电压为-9.988V）。 理想运算关系：VO=（-R3/R1）*V3=-10V3=-10V，反相比例系数为-10。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源设置V1，输出端设置为节点6，点仿真按钮后，得到传递函数分析结果。 2．同相比例运算电路 同相比例运算电路如图3.3.1-7所示。 图3.3.1-7 同相比例运算电路 理想运算关系式：VO=（1+R3/R1）*V3=11V3=11V，同相比例系数为11。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源设置V3，输出端设置为节点6，点仿真按钮后，得到传递函数分析结果。 3．加法运算电路 加法运算电路如图3.3.1-8所示。 图3.3.1-8 加法运算电路 理想运算关系式：VO=（-R3/R1）*V4+（-R3/R2）*V3=（-5）V4+（-4）V3=-7V。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源分别设置为V3和V4，输出端设置为节点6，点两次仿真按钮后，得到传递函数分析结果。 减法运算电路 加法运算电路如图3.3.1-9所示。 图3.3.1-9 加法运算电路 理想运算关系式：VO=（1+R3/R1）*[R4/（R2+R4）]V3-（R3/R1）*V4=5V3-5V4=5V。 选择分析菜单中的传递函数分析选项，在传递函数分析参数设置对话框中将输入源分别设置为V3和V4，输出端设置为节点6，点两次仿真按钮后，得到传递函数分析结果。 实验数据如下表： 运算类型 输入信号 实测输出电压 理论计算输出 反相比例 V3=1V -9.988V -10V 同相比例 V3=1V 11.010V 11V 加法 V3=0.5V，V4=1V -6.988V -7V 减法 V3=2V，V4=1V 5.007V 5V 3.3.2 积分与微分电路 一、实验目的 1、熟悉Multis