《模拟电子技术》课程教学资源（实验指导）实验三 模拟运算电路设计

实验三模拟运算电路设计 一、实验目 ()掌 反相比例运算、同相比例运算、加法和减法运算电路的原理，设 方法及测量方法。 (2)能正确分析运算精度与运算电路中各元件参数之间的关系，能正确理解 “虎断”、“虑短”的概今」 二、预习要求 ()预习集成运算放大器基本运算电路的工作原理 (2)根据实验内容，自拟实验方法和调试步骤。 三、设计任务与要求 1.设计任务 设计一个能实现下列运算关系的运算电路： 技术要求：输出失调电压Uo≤±5mV 2.设计要求 (1)确定电路方案，计算并选取电路的元件参数。 (2)电路稳定，无自激振荡。 四、设计原理与参考电路 在应用集成运算放大器时，必须注意以下问题：集成运算放大器是由多 级放大电路组成的，将其闭环构成深度负 反馈时 可能会在某些频率上产生 附加相移，造成电路工作不稳定，甚至产生自激振荡，使运算放大器无法正 常工作，所以必须在相应运算放大器规定的引脚端接上相位补偿网络。在需 要放大含直流分量信号的应用场合，为了补偿运算放大器本身失调的影响， 保证在集成运算放大器闭环工作后，输入为零时输出为零，必须考虑调零问 为了消除输入偏置电流的影响， 通常让集成运算放大器两个输入端对地 直流电阻相等，以确保其处于平衡对称的工作状态。 1.反相比例运算电路 电路如图所示，信号由反相端输入，输出与相位相反。输出电压经反馈 到反相输入端，构成电压并联负反馈电路。在设计电路时，应注意，也是集 成运算放大器的一个负载，为保证电路正常工作，应满足 乙了。之五m如t ,另外应选择R=∥R ,其中为闭环 输入电阻，为输入平衡电阻，由“虚短”、“虚断”原理可知，该电路的闭环电 压放大倍数为 ,输入电阻为

实验三 模拟运算电路设计 一、实验目的 (1) 掌握反相比例运算、同相比例运算、加法和减法运算电路的原理，设计 方法及测量方法。 (2) 能正确分析运算精度与运算电路中各元件参数之间的关系，能正确理解 “虚断”、“虚短”的概念。 二、预习要求 (1) 预习集成运算放大器基本运算电路的工作原理。 (2) 根据实验内容，自拟实验方法和调试步骤。 三、设计任务与要求 1．设计任务 设计一个能实现下列运算关系的运算电路： 技术要求：输出失调电压 Uo ≤±5mV。 2．设计要求 (1) 确定电路方案，计算并选取电路的元件参数。 (2) 电路稳定，无自激振荡。 四、设计原理与参考电路 在应用集成运算放大器时，必须注意以下问题：集成运算放大器是由多 级放大电路组成的，将其闭环构成深度负反馈时，可能会在某些频率上产生 附加相移，造成电路工作不稳定，甚至产生自激振荡，使运算放大器无法正 常工作，所以必须在相应运算放大器规定的引脚端接上相位补偿网络。在需 要放大含直流分量信号的应用场合，为了补偿运算放大器本身失调的影响， 保证在集成运算放大器闭环工作后，输入为零时输出为零，必须考虑调零问 题。为了消除输入偏置电流的影响，通常让集成运算放大器两个输入端对地 直流电阻相等，以确保其处于平衡对称的工作状态。 1．反相比例运算电路 电路如图所示，信号由反相端输入，输出与相位相反。输出电压经反馈 到反相输入端，构成电压并联负反馈电路。在设计电路时，应注意，也是集 成 运 算 放 大 器 的 一 个 负 载 ， 为 保 证 电 路 正 常 工 作 ， 应 满 足 ，另外应选择 ，其中为闭环 输入电阻，为输入平衡电阻，由“虚短”、“虚断”原理可知，该电路的闭环电 压放大倍数为 ，输入电阻为

2.同相比例运算电路 由路加网所示。应属由压串群后由路甘给入阳抗高出阳抗低 具有放大及阻抗变换作用，通常用于隔离或缓冲级。其 环电压放大倍数为 当Rf=0(或R1=○)，AF=1,即输出电压与输入电压大小相等相位相同，这 种电路称为电压跟随器。它具有很大的输入电阻和很小的输出电阻，其作用 与晶体管射极跟随器相似。 R 3.加法运算电路 加法运算电路根据输入信号是从反相端输入还是从同相端输入，分为 反相加法电路与同相加法电路两种，分别如图所示 。 Ry-Ry//Rx//Rs//Rc 反相加法运算电路 在理想条件下，如图所示反相加法电路的输入电压与输出电压的关系为 R 41+ R R =（AF141+AF242+AF343) 4.减法运算电路 电路如图所示，当R1=R3,2=R4时，该电路实际上是一个差动放 大电路，可根据叠加原理得

2．同相比例运算电路 电路如图所示，它属电压串联负反馈电路，其输入阻抗高，输出阻抗低， 具有放大及阻抗变换作用，通常用于隔离或缓冲级。其闭环电压放大倍数为 当 Rf =0 (或 R1 =∞)，AuF =1，即输出电压与输入电压大小相等相位相同，这 种电路称为电压跟随器。它具有很大的输入电阻和很小的输出电阻，其作用 与晶体管射极跟随器相似。 3．加法运算电路 加法运算电路根据输入信号是从反相端输入还是从同相端输入，分为 反相加法电路与同相加法电路两种，分别如图所示 反相加法运算电路 在理想条件下，如图所示反相加法电路的输入电压与输出电压的关系为 4．减法运算电路 电路如图所示，当 R1=R3，R2= R4 时，该电路实际上是一个差动放 大电路，可根据叠加原理得 f f f o i1 i2 i3 1 2 3 F1 i1 F2 i2 F3 i3 ( ) ( ) u u u R R R u u u u R R R A u A u A u = − + + = + +

l。= (u-42) R 上式是在满足R1=R3,R2=R4的条件下得到的，所以实验中必须 严格地选配电阻R1、R3、R2、R4的值。 R 减法运算电路 当输入共模信号时，有1=u2,所以这个电路的共模电压放大倍数为0。 利用虚短的概念，可以得到这个差动放大器的输入电阻。另外，在实际电路 中，要提高电路运算精度，必须选用高KCMR的运算放大器。 设计过程中的元件参数的选择，可利用上述公式确定。 五、实验内容及步骤 (1)根据已知条件和设计要求，选定设计电路方案。 (2)画出设计原理图，并计算已选定各元器件参数。 (3)在实验电路板上安装所设计的电路，检查实验电路接线无误之后接通 电源。 (4)调整元件参数，使其满足设计计算值要求，并将修改后的元件参数值 标在设计的电路图上。 (⑤)按所示的输入数据测量输出电压值，并与理论值比较。 六、实验报告 (1)画出设计方案的原理图 (2)计算主要元器件参数。 (3)元器件选择。 (4)记录、整理实验数据，画出输入与输出电压的波形，分析结果。 (⑤)定性分析产生运算误差的原因。 (6)回答思考题。 (⑦)写出心得体会。 七、思考题 (1)理想运算放大器具有哪些特点？ (2)运算放大器用作模拟运算电路时，“虚短”、“虚断”能永远满足吗？

上式是在满足 R1 = R3，R2 = R4 的条件下得到的，所以实验中必须 严格地选配电阻 R1、R3、R2、R4 的值。 减法运算电路 当输入共模信号时，有 ui1=ui2，所以这个电路的共模电压放大倍数为 0。 利用虚短的概念，可以得到这个差动放大器的输入电阻。另外，在实际电路 中，要提高电路运算精度，必须选用高 KCMR 的运算放大器。 设计过程中的元件参数的选择，可利用上述公式确定。 五、实验内容及步骤 (1) 根据已知条件和设计要求，选定设计电路方案。 (2) 画出设计原理图，并计算已选定各元器件参数。 (3) 在实验电路板上安装所设计的电路，检查实验电路接线无误之后接通 电源。 (4) 调整元件参数，使其满足设计计算值要求，并将修改后的元件参数值 标在设计的电路图上。 (5) 按所示的输入数据测量输出电压值，并与理论值比较。 六、实验报告 (1) 画出设计方案的原理图 (2) 计算主要元器件参数。 (3) 元器件选择。 (4) 记录、整理实验数据，画出输入与输出电压的波形，分析结果。 (5) 定性分析产生运算误差的原因。 (6) 回答思考题。 (7) 写出心得体会。 七、思考题 (1) 理想运算放大器具有哪些特点？ (2) 运算放大器用作模拟运算电路时，“虚短”、“虚断”能永远满足吗？ 2 o i1 i2 1 ( ) R u u u R = − −