加法器及差分放大器項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、加法器及差分放大器項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、項(xiàng)目?jī)?nèi)容和要求 （一）、加法器 1、任務(wù)目的：（1）掌握運(yùn)算放大器線性電路的設(shè)計(jì)方法；（2）理解運(yùn)算放大器的工作原理；（3）掌握應(yīng)用仿真軟件對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行仿真分析的方法。 2、任務(wù)內(nèi)容： 2.1 設(shè)計(jì)一個(gè)反相加法器電路，技術(shù)指標(biāo)如下：（1）電路指標(biāo) 運(yùn)算關(guān)系:。 輸入阻抗。（2）設(shè)計(jì)條件 電源電壓Ec=5V； 負(fù)載阻抗（3）測(cè)試項(xiàng)目 A：輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓； B：輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。 C：輸入信號(hào)，改變的幅度，測(cè)量該加法器的動(dòng)態(tài)范圍。 D：輸入信號(hào)，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長(zhǎng)為2kHz，測(cè)量該加

2、法器的幅頻特性。2.2 設(shè)計(jì)一個(gè)同相加法器電路，技術(shù)指標(biāo)如下：（1）電路指標(biāo)運(yùn)算關(guān)系：。（2）設(shè)計(jì)條件電源電壓Ec=5V；負(fù)載阻抗（3）測(cè)試項(xiàng)目 A：輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓； B：輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。（二）、差分放大器 1、任務(wù)目的：（1）掌握運(yùn)算放大器線性電路的設(shè)計(jì)方法；（2）理解運(yùn)算放大器的工作原理；（3）掌握應(yīng)用仿真軟件對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行仿真分析的方法。2、任務(wù)內(nèi)容2.1 設(shè)計(jì)一個(gè)基本運(yùn)放差分放大器電路，技術(shù)指標(biāo)如下：（1）電路指標(biāo)運(yùn)算關(guān)系:。輸入阻抗。（2）設(shè)計(jì)條件電源電壓Ec=5V；負(fù)載阻抗（3）測(cè)試項(xiàng)目 A：輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電

3、壓； B：輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。二、設(shè)計(jì)及調(diào)試（一）、電路設(shè)計(jì) 1、反相加法器 U0=-Rf*If U0=-Rf*(Ui1/R1+Ui2/R2) 輸出電壓與輸入電壓反相 R3在電路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 2、同相加法器 U0=(1+Rf/R)Ui 輸出電壓與輸入電壓同相 R在電路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 3、差分放大器 差分放大電路可以有效的抑制“零點(diǎn)漂移” U0=(R1+Rf)/R1*R3/(R2+R3)-(R2/R1)*U1 R1=R2,R3=Rf,U0=-(R2/R1)*(Ui1-Ui2)（二）、電路仿真 1、加法器 1.1反相

4、加法器 A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓 仿真測(cè)試數(shù)據(jù):Ui1Ui2U00.5V0.5V-3.5V0.5V-0.5V1.5V-0.5V0.5V1.5V-0.5V-0.5V3.5V B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的電壓波形 仿真電路： 仿真測(cè)試波形： 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號(hào) （藍(lán)色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向下偏2.5V（紅色波形） 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號(hào) （藍(lán)色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向上偏2.5V（紅色波形） C.輸入信號(hào)，改變的幅度，測(cè)量該加法器的動(dòng)態(tài)范

5、圍 仿真電路： 仿真測(cè)試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度0.1V正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=0.2V(最大值)，頻率1KHz正弦波（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度2V正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=3.998V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現(xiàn)象（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度2.5V正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=4.671V（最大值），頻率1KHz正弦波，頂部和底部均發(fā)生失真現(xiàn)象（紅色波形） 動(dòng)態(tài)范圍： D.輸入信號(hào)，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長(zhǎng)為2kHz，測(cè)量該加法器的幅頻特性 仿真電路：

6、仿真測(cè)試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為1KHz的正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=2V（最大值），頻率為1KHz的正弦波（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為3KHz的正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=2V（最大值），頻率為1KHz的正弦波（紅色波形）輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為31KHz的正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=1.92V（最大值），頻率為1KHz的正弦波，幅度開始減小（紅色波形）輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為31KHz的正弦波（藍(lán)色波形） 輸出：U0=1.67V（最大值），頻率為1KHz的正弦波，幅度減?。?/p>

7、紅色波形）測(cè)試值及幅頻特性曲線： 1.2同相加法器 A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓 仿真電路： 仿真測(cè)試數(shù)據(jù)： Ui1Ui2U01V1V2V1V-1V-11.147uV-1V1V-11.147uV-1V-1V-2V B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出電壓形 仿真電路： 仿真測(cè)試波形： 輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（綠色波形） 輸出：U0=0.999766V（有效值），頻率1KHz的正弦波，向上偏移1V（紅色波形） 輸入：Ui1=-1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（綠色波形） 輸出：U0=-0.999761V，頻率1KHz的正弦波，向

8、下偏移1V（紅色波形） 2、差分放大器 A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓 仿真電路： 仿真測(cè)試數(shù)據(jù)：Ui1Ui2U00.5V0.5V-55.315uV0.5V-0.5V-4.633V-0.5V0.5V3.764V-0.5V-0.5V-8.381uV B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸電壓波形 仿真電路： 仿真測(cè)試波形： 輸入：Ui1=-0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（紅色波形） 輸出：U0=2.163V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現(xiàn)象（黃色波形） 輸入：Ui1=0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（紅色波形） 輸出：U0=-2.337

9、V，頻率1KHz正弦波，底部發(fā)生失真現(xiàn)象（黃色波形） （三）、電路焊裝和調(diào)試 1、元器件清單 1.1反相加法器名稱型號(hào)數(shù)量普通電阻4.7K310K122K1運(yùn)放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.2同相加法器名稱型號(hào)數(shù)量普通電阻4.7K5運(yùn)放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.3差分放大器名稱型號(hào)數(shù)量普通電阻4.7K322K2運(yùn)放芯片LM3581運(yùn)放底座DIP81 2、電路調(diào)試結(jié)果及結(jié)果分析 2.1反相加法器 A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓 硬件電路測(cè)試結(jié)果:Ui1Ui2U00.5V0.5V-2.98V0.5V-0.5V-1.2V-0.5V0.5V1.2V-0.5V-0.5V2

10、.96V 結(jié)果分析：實(shí)際測(cè)量結(jié)果比仿真測(cè)量結(jié)果偏小，當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)均為0.5V時(shí)，理論輸出應(yīng)該是-3.4V，而我們的測(cè)試值只有-2.98V，最后檢查電路時(shí)發(fā)現(xiàn)由于我們?cè)谔峁┬酒碾妷荷洗恿艘粋€(gè)1K電阻和一個(gè)發(fā)光二級(jí)管，再加上電源輸入端到4腳、8腳的導(dǎo)線比較長(zhǎng)（產(chǎn)生了1.46V的壓降）所以芯片的工作電壓其實(shí)并沒有5V，因此輸出值會(huì)普遍偏小。 B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出壓波形硬件電路輸出波形：輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號(hào) （黃色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向下偏2.5V（綠色波形） 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1K

11、Hz，幅度為0.1V的正弦波信號(hào) （黃色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向上偏2.5V（綠色波形） 結(jié)果分析：在這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的進(jìn)行下，我們發(fā)現(xiàn)硬件焊接的電路測(cè)試值很不穩(wěn)定，總是在0.6V之內(nèi)上下波動(dòng)，最后發(fā)現(xiàn)外界信號(hào)對(duì)電路輸出只有很大的干擾，當(dāng)我們把手放在輸入端上，輸出電壓值都會(huì)發(fā)生跳動(dòng)，經(jīng)比較計(jì)算，我們的測(cè)試值在誤差范圍內(nèi)是正確的 C.輸入信號(hào)，改變的幅度，測(cè)量該加法器的動(dòng)態(tài)范圍 硬件電路輸出波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度1.29V正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.21V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現(xiàn)象（綠色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，

12、幅度1.41V正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.53V，頻率1KHz正弦波，頂部和底部同時(shí)失真（綠色波形） 動(dòng)態(tài)范圍 結(jié)果分析：在做仿真的時(shí)候，當(dāng)Ui2=2.0V時(shí)，波形便發(fā)生失真，而在硬件電路的測(cè)試中，Ui2=1.29V便出現(xiàn)頂部失真現(xiàn)象，由于我們電路的實(shí)際放大倍數(shù)為2.2，而仿真的是2，而且實(shí)際電路中導(dǎo)線的壓降又不可避免(導(dǎo)線太長(zhǎng))，因此，靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)更加偏低，會(huì)在較小的輸入電壓情況下發(fā)生失真。 D.輸入信號(hào)，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長(zhǎng)為2kHz，測(cè)量該加法器的幅頻特性 硬件電路測(cè)試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為1KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：

13、U0=2.08V，頻率為1KHz的正弦波（綠色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為5KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.02V，頻率為5KHz的正弦波，開始出現(xiàn)交越失真（綠色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為39KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.70V，頻率為5KHz的正弦波，幅度明顯下降（綠色波形） 硬件電路測(cè)試數(shù)據(jù)： 結(jié)果分析：硬件電路測(cè)試值較仿真測(cè)試值曲線不夠平滑，電路本身存在干擾，儀器儀表又具有一定的誤差范圍，因此相對(duì)于仿真，實(shí)際電路與理論值會(huì)有一定大的誤差。 2.2同相加法器 A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓 硬件電路測(cè)試

14、值： Ui1Ui2U01V1V1.92V1V-1V58.8mV-1V1V-54.345mV-1V-1V-1.922V 結(jié)果分析：硬件電路測(cè)試值與仿真電路測(cè)試值相比略微漸小，由于硬件電路的運(yùn)放芯片LM358工作電壓經(jīng)過導(dǎo)線送入，而導(dǎo)線上有壓降，所以工作電壓較理論值要小，所以輸出會(huì)跟隨被影響，也會(huì)減小。 B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的輸出電壓形硬件電路輸出波形：輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.925V，頻率1KHz的正弦波，向上偏移1V（綠色波形） 輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0

15、=-0.934V，頻率1KHz的正弦波，向下偏移1V（綠色波形） 結(jié)果分析：硬件測(cè)試電路與仿真結(jié)果較為相似，但是波形不太穩(wěn)定，在零點(diǎn)幾V的范圍內(nèi)來回跳動(dòng)，后來在檢查電路后發(fā)現(xiàn)是由于存在干擾信號(hào)，而且示波器工作也不太穩(wěn)定。 2.3差分放大電路A.輸入信號(hào)，測(cè)試4種組合下的輸出電壓仿真測(cè)試數(shù)據(jù)：Ui1Ui2U00.5V0.5V25.2mV0.5V-0.5V-4.26V-0.5V0.5V3.664V-0.5V-0.5V-4.7mV B.輸入信號(hào)信號(hào)，測(cè)試兩種輸入組合情況下的出電壓波形 硬件電路測(cè)試波形： 輸入：Ui1=0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.2V，頻率1KHz正弦波，發(fā)生直流偏移，底部發(fā)生失真現(xiàn)象（綠色波形） 輸入：Ui1=-0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=1.8V，頻率1KHz正弦波，發(fā)生直流偏移，頂部發(fā)生失真現(xiàn)象（綠色波形） 結(jié)果分析：偏移幅度不夠大，由于放大倍數(shù)不同，且運(yùn)放芯片性質(zhì)決定可以放大到