實(shí)驗(yàn)四 加減運(yùn)算和積分微分電路講稿

1、加加 減減 運(yùn)運(yùn) 算算 電電 路路 和和積積 分分 與與 微微 分分 電電 路路 常用電子元器件的識(shí)別和檢測(cè)常用電子元器件的識(shí)別和檢測(cè) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)一、實(shí) 驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)?zāi)康亩?、?shí)二、實(shí) 驗(yàn)原理驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1 1 進(jìn)一步了解運(yùn)算放大器用作加法器、減法器、進(jìn)一步了解運(yùn)算放大器用作加法器、減法器、積積分器、微分器分器、微分器的工作原理及運(yùn)算功能；的工作原理及運(yùn)算功能；2 2 能根據(jù)一定的技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)加減運(yùn)算電路和能根據(jù)一定的技術(shù)指標(biāo)要求

2、設(shè)計(jì)加減運(yùn)算電路和積分積分運(yùn)算電路運(yùn)算電路；3 3 掌握由集成運(yùn)放構(gòu)成加減運(yùn)算電路、掌握由集成運(yùn)放構(gòu)成加減運(yùn)算電路、積分運(yùn)算電積分運(yùn)算電路路的安裝及調(diào)測(cè)方法。的安裝及調(diào)測(cè)方法。一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)三三 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理開(kāi)環(huán)電壓增益開(kāi)環(huán)電壓增益A Audud=輸入阻抗輸入阻抗r ri i=輸出阻抗輸出阻抗r ro o=0=0帶寬帶寬 f fBWBW=失調(diào)與漂移失調(diào)與漂移 0 0線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性： “虛短虛短” U+U “虛斷虛斷” IIB0 理想運(yùn)放理想運(yùn)放: :集成運(yùn)算放大器線

3、性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用: : 可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。擬運(yùn)算電路。 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1) 1) 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路圖1 反相比例運(yùn)算電路 i1FOURRU 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2)2)反相加法電路反相加法電路圖2 反相加法電路)URRURR(Ui22Fi11FOR3R1 / R2 / RF 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 3)

4、同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路 圖3 同相比例運(yùn)算電路 i1FO)URR(1UR2R1 / RF 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)4) 差動(dòng)放大電路（減法器）差動(dòng)放大電路（減法器） 當(dāng)R1R2，R3RF時(shí)， )U(URRUi1i21FO圖4 減法運(yùn)算電路圖 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)5 5） 加減法運(yùn)算電路加減法運(yùn)算電路圖5 單運(yùn)放加減運(yùn)算電路)2211()4433( ) 11 (0UiRRFUiRRFRUiRUiRPRRFU 式中 R1= R1/R2 RP= R3/R4/R5RP= R1/

5、 RF,)22114433(0RUiRUiRUiRUiRFU 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路方法：設(shè)計(jì)電路方法：先畫(huà)出電路，應(yīng)用運(yùn)放的理想化條件、先畫(huà)出電路，應(yīng)用運(yùn)放的理想化條件、兩輸入端等效電阻兩輸入端等效電阻和電路分和電路分析析 理論推理論推 導(dǎo)出輸出和輸入之間的關(guān)系；導(dǎo)出輸出和輸入之間的關(guān)系；驗(yàn)證運(yùn)放兩輸入端等效電阻是否相等；驗(yàn)證運(yùn)放兩輸入端等效電阻是否相等；運(yùn)算放大器通常采用通用型：運(yùn)算放大器通常采用通用型：741 741 或或324324；電阻的取值通常在電阻的取值通常在 幾幾K K幾百幾百K K之間，不宜過(guò)大或過(guò)小。之間，不

6、宜過(guò)大或過(guò)小。電容值通常在電容值通常在1000PF1000PF220uF220uF之間，也不宜過(guò)大或過(guò)小。之間，也不宜過(guò)大或過(guò)小。 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)dtiCicdtCUUUcI110RuiRUuiiIuidtRCdtiCucuI110tURCdtURCuII110因?yàn)橐驗(yàn)?i iI I = ic = ic電容兩端電壓為：電容兩端電壓為： 又又則則當(dāng)當(dāng)uiui為一恒定量為一恒定量U UI I時(shí)時(shí) 輸出輸出UoUo為輸入為輸入U(xiǎn) UI I對(duì)時(shí)間的積分。對(duì)時(shí)間的積分。圖1 反相積分電路6 6） 反相積分電路反相積分電路 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積

7、分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 輸入輸入uiui為矩形波時(shí)，則輸出為三角波。為矩形波時(shí)，則輸出為三角波。 實(shí)際電路中通常在實(shí)際電路中通常在C C的兩端再并聯(lián)一個(gè)電阻的兩端再并聯(lián)一個(gè)電阻RfRf，用以防止，用以防止積分漂移所造成的漂移或截止現(xiàn)象，積分漂移所造成的漂移或截止現(xiàn)象，RfRf 10R 10R 。 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 1 1、 設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電路，使其輸出為設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電路，使其輸出為 U0=10Ui1+2Ui2-4Ui3U0=10Ui1+2Ui2-4Ui3 采用單運(yùn)放完成，至少驗(yàn)證三組輸入

8、情況采用單運(yùn)放完成，至少驗(yàn)證三組輸入情況 時(shí)的輸出電壓。時(shí)的輸出電壓。 2 2、 設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路, ,當(dāng)輸入信號(hào)為當(dāng)輸入信號(hào)為1.5V1.5V階躍電壓時(shí)階躍電壓時(shí), ,其其 輸出產(chǎn)生斜波電壓輸出產(chǎn)生斜波電壓, ,要求輸出在要求輸出在20S20S時(shí)線性下降到時(shí)線性下降到 -9V-9V。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程：根據(jù)要求 原始圖先暫不考慮R4，并設(shè)R1 / R2 = R3 / RF ，根據(jù)運(yùn)放的理想化條件可推出 設(shè)計(jì)提示一設(shè)計(jì)提示一 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

9、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)3322110ViRRFViRRFViRRFV 取RF=30K，由30/R1 = 10 30/ R2 = 2 30/R3 = 4 得 R1=3K R2=15K R3=7.5K 但驗(yàn)算 R1 / R2 R3 / RF 故應(yīng)在反相端接上 R4 使得 R1 / R2 = R3 / RF / R4 推導(dǎo)出輸入輸出關(guān)系式仍然為上式 R1、R2、R3、RF 取值仍然同前（注：取值不是唯一 ！） 由 R1 / R2 = R3 / RF / R4 得 R4 = 4. 3K 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)提示二設(shè)計(jì)提示二R1限流電阻，R

10、f積分漂移泄放電阻（防止積分漂移造成輸出飽和和截止現(xiàn)象，為減少誤差 Rf 大于 10R1，R2為平衡電阻，C1為積分電容。 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)過(guò)程： U0 / t = -UI / RC t=20S U0 = -9V UI = 1.5V 如果取 C1 =100uF 得 R1=33.3K Rf 取 1000K，R2= R1 / Rf = 32K UI = 1.5V 由電位器從12V分壓得 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：線搭好后，用直流電壓表（萬(wàn)用表）監(jiān)測(cè)輸出 負(fù)電壓，通電記時(shí)（1.5V、+ / -12V同時(shí)加上）， 在約20S時(shí)，輸出為9V。 注：1、運(yùn)放周?chē)鶵、C取值適中； 2、參數(shù)取值并非唯一； 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)M電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)四四 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要