求和、积分与微分电路.ppt

一、实验目的 1．熟悉加法、减法、积分、微分电路的基本工作原理和电路组成形式。 2．掌握运算电路的设计与实际测量方法。 3．学会测试各运算电路和工作波形。 二、预习要求 1.预习集成运算放大器有关模拟运算应用方面的知识，了解各电路的工作原理。 2.设计一模拟运算电路，满足关系式。 3.画出各实验电路，拟出实验数据表，计算有关实验内容理论值，熟悉实验中所用仪器的使用方法，了解各种信号获得的方法。 4.学习提高运算精度的方法。 三、实验原理 1．加法器 加法器的输出量反映出多个模拟输入量相加的结果。用运算放大器实现加法运算时，可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入方式。 如图所示的反相输入加法器，是将两个电压和加在集成运算放大器的反相输入端，显然，它属于多端输入的电压并联负反馈电路。在理想情况下，利用虚地的概念，可得到输出电压与输入电压之间的关系为：  （3-9-1） 式中负号是由于反相输入所引起的。若，则上式可变为 （3-9-2） 如果在输出端再接一级反相器，则可消去式(3-9-2)中的负号，这样就可以完全符合常规的算术加法运算。 为了提高运算精度，如图3-9-1所示的电路中，同相输入端电阻 应满足 。 图3-9-1所示的电路可以扩展到多个输入电压相加的情况，若有几个输入电压相加，则输出电压与输入电压之间的关系为： 而 扩展后的加法器称为比例加法器，如果电路中取 则有 2．减法运算电路 上图用来实现两个电压 、 相减的电路图。从结构上看，它是一个反相输入和同相输入相结合的放大器，信号电压 、 分别通过电阻 、 加在运算放大器的反相和同相输入端， 和 构成反馈网络。当电路参数一定时，由于集成运算放大器的开环电压增益 很大，不论 的大小、极性如何，都将引入很强的负反馈，使 。也就是说，电路中也存在“虚短”现象，同时两输入端引入共模电压， 。由于 及 ，由电路图可列出下列方程： 而可得输出电压 当电阻值满足 的关系时，输出电压可简化为： （3-9-3） 输出电压与两个 输入电压之差 成比例。当取 时， ，可实现减法运算。 这种电路常用于将差动输入转换为单端输出，广泛地用于放大具有强烈共模干扰的微弱信号。要提高运算精度，一方面要严格选配 ，另一方面要采用高共模抑制比 的集成运算放大器 3．积分器 积分电路是模拟计算机中的基本单元，利用它可以实现微分方程的模拟，它同时也是控制和测量系统中的重要单元，利用它的充放电过程可以实现延时、定时，以及产生各种波形。 采用集成运算放大器的基本积分电路如下图所示。它和反相比例放大器的不同之处在于它是用电容C来代替反馈电阻 。利用集成运算放大器，在电容两端电压增长时流过它的电流基本维持稳定，从而可以实现比较理想的积分运算。 在理想情况下，利用虚地的概念，可以得到 （3-9-4） 上式表明输出电压与输入电压成积分关系，式中负号表示它们在相位上是反相的。 图中，RF是分流电阻，用于稳定直流增益，以避免直流失调电压在积分周期内 积累导致运算放大器饱和。一般取RF=10R1，由于RF的作用，只有频率大于 的输入信号积分才有效，而对于频率小于 的输入信号，图所示的电路近似为反相放大器。 当输入信号 是幅值为 的阶跃电压时，在它的作用下，电容将以恒流方式进行充电，输出电压 与时间 成近似线性关系，这时 （3-9-5） 若是方波，则输出电压为锯齿波，且二者相位相反。 4．微分器 微分运算是积分运算的逆运算。从电路形式上看，将积分电路图中电阻 与电容 的位置对调一下，即可得到如下图所示的微分