加法器減法器

1、南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新電子培訓(xùn) 項(xiàng) 目： 加 法 器 老 師： 袁 秀 紅 姓 名： 高 書 杰 二一三年三月二十五日目 錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備3三、實(shí)驗(yàn)原理31.加法電路3(1) 反相加法電路3(2) 同相加法電路52.差分放大電路6四、實(shí)驗(yàn)過程71.雙電源反相加法器電路7(1) 雙電源反相加法器直流測試電路7(2) 雙電源反相加法器交流測試電路16(3) 雙電源反相加法器動(dòng)態(tài)范圍測試22 2.單電源反相加法器電路29 3.雙電源同相加法器電路29(1) 雙電源同相加法器直流測試電路29(2) 雙電源同相加法器交流測試電路374. 單電源同相加法器電路425.雙電源差分放大器電路43

2、(1) 雙電源差分放大器直流測試電路43(2) 雙電源差分放大器交流測試電路506. 單電源差分放大器電路56五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果57六、實(shí)驗(yàn)心得57 加 法 器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握運(yùn)算放大器線性電路的設(shè)計(jì)方法。2.熟悉掌握Multisim軟件對運(yùn)算放大器進(jìn)行仿真的用法及仿真分析的方法。3.能正確判斷和分析電路在仿真中的故障并正確解決。4.理解運(yùn)算放大器的工作原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備表1序號(hào)設(shè)備、材料數(shù)量備注1計(jì)算機(jī)1臺(tái)2Multisim軟件1套三、實(shí)驗(yàn)原理.加法電路（1）反相加法電路反相加法器電路是根據(jù)“虛斷”和“虛短”的概念，運(yùn)用節(jié)點(diǎn)電流法推導(dǎo)而出。由“虛斷”可得 ；再根據(jù)“虛短”可得，；。圖1 反相加

3、法運(yùn)算電路反相加法電路亦可以由疊加原理進(jìn)行推導(dǎo)，為平衡電阻，阻值為輸入端所有電阻的并聯(lián)值。（2）同相加法電路同相放大器的推導(dǎo)與反相放大器類似，同樣使用“虛斷”和“虛短”的概念，可由疊加原理和節(jié)點(diǎn)電流法推導(dǎo)而出：； ；令，解上式得；當(dāng)時(shí)，有。圖2 同相加法運(yùn)算電路 2.差分放大電路（減法電路） 差分放大電路是使用“虛斷”和“虛短”的概念，由疊加法推導(dǎo)而出： ； ； 又因?yàn)椋砗蟮茫?； 當(dāng)，時(shí)有。圖3 差分放大運(yùn)算電路四、實(shí)驗(yàn)過程1.雙電源反相加法器（1）雙電源反相加法器直流測試電路在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系

4、列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，輸入阻抗，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)為的直流穩(wěn)壓電源。搭出雙電源反相加法器電路原理圖，并進(jìn)行仿真。當(dāng)時(shí)圖4 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖5 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系初步確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖6 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖7 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看

5、出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系再次確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖8 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖9 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系基本確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。時(shí)圖10 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖11 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。（2）雙電源反相加法器交流測試電路在電腦中

6、運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，輸入阻抗，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)。搭出雙電源反相加法器電路原理圖。當(dāng)?shù)恼也〞r(shí)圖12 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖13 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖14 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。當(dāng)?shù)恼也〞r(shí)圖15 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖

7、16 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖17 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。（3）雙電源反相加法器動(dòng)態(tài)范圍測試在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，輸入阻抗，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)，改變的幅度，搭出雙電源反相加法器電路原理圖，測量該加法器的動(dòng)態(tài)范圍。圖18 動(dòng)態(tài)測試原理圖根據(jù)理論計(jì)算，輸出波形峰值最大為5V，換算后得輸入有效值最大為1.76V，此時(shí)，輸出應(yīng)在飽和狀態(tài)。為

8、了驗(yàn)證理論正確性，在電路中接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖19 輸入為1.76V時(shí)動(dòng)態(tài)測試仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖20 輸入為1.76V時(shí)動(dòng)態(tài)測試的仿真示波器讀數(shù)由示波器可見，在1.76V的時(shí)候，波形出現(xiàn)了失真，上波峰的最大值為3.9V。明顯可以發(fā)現(xiàn)有一定的直流電壓作用在平衡點(diǎn)上，運(yùn)算放大器存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。由上波峰的最大值為3.9V可以推出輸入最大有效值為1.37V。而在實(shí)際的仿真中發(fā)現(xiàn)飽和電壓為1.40V。圖21 輸入為1.40V時(shí)動(dòng)態(tài)測試仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖22 輸入為1.40V時(shí)動(dòng)態(tài)測試的仿真示波器讀數(shù)為了進(jìn)一步了解運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，又進(jìn)行了下組仿真，設(shè)定

9、輸入交流電壓為1pV，可以近似看成0V的輸入，查看輸出波形。圖23 輸入為1pV時(shí)動(dòng)態(tài)測試仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖24 輸入為1pV時(shí)動(dòng)態(tài)測試的仿真示波器讀數(shù)仿真表明電路存在一個(gè)約為17.5mV的零點(diǎn)漂移。另外其他的多次仿真數(shù)據(jù)如下表。表2序號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)備注11pV1.96pV存在17.5mV的漂移21uV1.96uV漂移現(xiàn)象仍嚴(yán)重31mV1.961mV漂移現(xiàn)象開始減小41V1.961V漂移現(xiàn)象可以忽略51.40V2.742V飽和狀態(tài)61.7V3.199V失真2.單電源反相加法器電路 單電源反相加法器電路在多次的仿真后發(fā)現(xiàn)其各種特性與雙電源反相加法器電路極其相似，雖然在穩(wěn)定性和誤差方面

10、略微不如雙電源反相加法器電路，但并不對整體產(chǎn)生影響。所以，就不再進(jìn)行累述。3.雙電源同相加法器電路（1）雙電源同相加法器直流測試電路在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)為的直流穩(wěn)壓電源。搭出雙電源反相加法器電路原理圖，并進(jìn)行仿真。當(dāng)時(shí)圖25 雙電源同相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖26 雙電源同相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系初步

11、確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖27 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖28 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系再次確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖29 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖30 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系基本確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。時(shí)圖31 雙電源反相加法器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中

12、的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖32 雙電源反相加法器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。（2）雙電源反相加法器交流測試電路在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)為的直流穩(wěn)壓電源，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦交流電壓源。搭出雙電源反相加法器電路原理圖，并進(jìn)行仿真。當(dāng)，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)圖33 ，是頻率為1KHz，有效值為1V

13、的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖34 ，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖35 ，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。當(dāng)，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)圖36 ，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖37 ，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖38 ，是頻率為1KHz，有效值為1V的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行

14、正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。4.單電源同相加法器電路 單電源同相加法器電路在多次的仿真后發(fā)現(xiàn)其各種特性與雙電源同相加法器電路極其相似，雖然在穩(wěn)定性和誤差方面略微不如雙電源同相加法器電路，但并不對整體產(chǎn)生影響。所以，就不再進(jìn)行累述。5.雙電源差分放大器電路（1）雙電源差分放大直流測試電路在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，輸入阻抗，電源為Ec為V，負(fù)載阻抗，信號(hào)為的直流穩(wěn)壓電源。搭出雙電源差分放大器電路原理圖，并進(jìn)行仿真。當(dāng)時(shí)圖39 雙電源差分放大器電路時(shí)

15、原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖40 雙電源差分放大器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系初步確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖41 雙電源差分放大器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖42 雙電源差分放大器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系再次確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。當(dāng)時(shí)圖43 雙電源差分放大器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖44 雙電源差分放大電路

16、時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系基本確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。時(shí)圖45 雙電源差分放大器電路時(shí)原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖46 雙電源差分放大器電路時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)由于均為直流電壓，所以并未使用示波器，數(shù)據(jù)不夠精確，但從萬用表的讀數(shù)中依舊可以看出設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系確定能夠?qū)崿F(xiàn)，誤差較小。（2）雙電源差分放大器交流測試電路在電腦中運(yùn)行Multisim軟件并新建仿真文件，選用集成運(yùn)算放大器LM358系列中的LM358AD，選用E24系列的電阻，設(shè)定運(yùn)算關(guān)系:，輸入阻抗，電源為Ec為

17、V，負(fù)載阻抗，信號(hào)為的直流穩(wěn)壓電源，是頻率為1KHz，有效值為0.5V的正弦交流電壓源。搭出雙電源差分放大器電路原理圖，并進(jìn)行仿真。當(dāng)?shù)恼也〞r(shí)圖47 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖48 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖49 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。當(dāng)?shù)恼也〞r(shí)圖50 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的原理圖接入仿真儀表中的萬用表和示波器，并進(jìn)行仿真。圖51 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)仿真儀器接法及萬用表讀數(shù)圖52 ,為頻率，有效值的正弦波時(shí)的仿真示波器讀數(shù) 仿真結(jié)果表明電路運(yùn)行正常，設(shè)定的運(yùn)算關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)，波形輸出正常放大沒有失真。且誤差較小。6.單電源差分放大器電路 單電源差分放大器電路在多次的仿真后發(fā)現(xiàn)其各種特性與雙電源差分放大器電路極其相似，雖然在穩(wěn)定性和誤差方面略微不如雙電源差分放大器電路，但并不對整體產(chǎn)生影響。所以，就不再進(jìn)行累述。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用ultisim仿真軟件，對集成運(yùn)算放大器的兩種基本運(yùn)算電路（加法器、減法器）進(jìn)行了大量的仿真后，證明了電路的可行性和正