加法器及差分放大器项目实验报告 - 图文

加法器及差分放大器项目实验报告

一、项目内容和要求 （一）、加法器 1、任务目的：

（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理；

（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容：

2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下：

（1）电路指标

运算关系:UO??(5Ui1?2Ui2)。 输入阻抗Ri1?5K?,Ri2?5K?。

（2）设计条件

电源电压Ec=±5V； 负载阻抗RL?5.1K?

（3）测试项目

A：输入信号Ui1??0.5V,Ui2??0.5V，测试4种组合下的输出电压；

B：输入信号Ui1??0.5V,Ui2为正弦波1KHz,0.1V信号，测试两种输入组合情况下的输出电

压波形。

C：输入信号Ui1?0V，改变Ui2的幅度，测量该加法器的动态范围。

D：输入信号Ui1?0V，Ui2为正弦波,1V，改变正弦波的频率，从1kHz逐渐增加，步长为

2kHz，测量该加法器的幅频特性。

2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下： （1）电路指标

运算关系：UO?Ui1?Ui2。 （2）设计条件

电源电压Ec=±5V； 负载阻抗RL?5.1K? （3）测试项目

A：输入信号Ui1??1V,Ui2??1V，测试4种组合下的输出电压；

B：输入信号Ui1??1V,Ui2为正弦波1KHz,1V信号，测试两种输入组合情况下的输出电压

波形。

（二）、差分放大器

1、任务目的：

（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法； （2）理解运算放大器的工作原理；

（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容

2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下： （1）电路指标

运算关系:UO??5(Ui1?Ui2)。 输入阻抗Ri1?5K?,Ri2?5K?。 （2）设计条件

电源电压Ec=±5V； 负载阻抗RL?5.1K? （3）测试项目

A：输入信号Ui1??0.5V,Ui2??0.5V，测试4种组合下的输出电压；

B：输入信号Ui1??0.5V,Ui2为正弦波1KHz,0.5V信号，测试两种输入组合情况下的输出

电压波形。

二、设计及调试

（一）、电路设计 1、反相加法器

U0=-Rf*If

U0=-Rf*(Ui1/R1+Ui2/R2) 输出电压与输入电压反相

R3在电路中起平衡作用（R3=R1//R2//Rf） 2、同相加法器

U0=(1+Rf/R’)Ui

输出电压与输入电压同相

R在电路中起平衡作用（R3=R1//R2//Rf） 3、差分放大器

差分放大电路可以有效的抑制“零点漂移” U0=[(R1+Rf)/R1]*[R3/(R2+R3)]-(R2/R1)*U1 R1=R2,R3=Rf,U0=-(R2/R1)*(Ui1-Ui2)

（二）、电路仿真 1、加法器

1.1反相加法器

A.输入信号Ui1??0.5V,Ui2??0.5V，测试4种组合下的输出电压 仿真测试数据:

Ui1 0.5V 0.5V -0.5V -0.5V Ui2 0.5V -0.5V 0.5V -0.5V U0 -3.5V 1.5V 1.5V 3.5V B.输入信号Ui1??0.5V,Ui2为正弦波1KHz,0.1V信号，测试两种输入组合情况下的 电压波形

仿真电路：

仿真测试波形：

输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （蓝色波形） 输出： U0发生直流偏移，向下偏2.5V（红色波形）

输入： Ui1=0.5V，Ui2为频率1KHz，幅度为0.1V的正弦波信号 （蓝色波形） 输出： U0发生直流偏移，向上偏2.5V（红色波形）

C.输入信号Ui1?0V，改变Ui2的幅度，测量该加法器的动态范围 仿真电路：

仿真测试波形：

输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度0.1V正弦波（蓝色波形） 输出：U0=0.2V(最大值)，频率1KHz正弦波（红色波形）

输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度2V正弦波（蓝色波形）

输出：U0=3.998V，频率1KHz正弦波，顶部发生失真现象（红色波形）

输入：Ui1=0V，Ui2为频率1KHz，幅度2.5V正弦波（蓝色波形）

输出：U0=4.671V（最大值），频率1KHz正弦波，顶部和底部均发生失真现象

（红色波形）

动态范围：?4.671V~3.746V

D.输入信号Ui1?0V，Ui2为正弦波,1V，改变正弦波的频率，从1kHz逐渐增加，步长

为2kHz，测量该加法器的幅频特性

仿真电路：

仿真测试波形：

输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为1KHz的正弦波（蓝色波形） 输出：U0=2V（最大值），频率为1KHz的正弦波（红色波形）

输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为3KHz的正弦波（蓝色波形）

输出：U0=2V（最大值），频率为1KHz的正弦波（红色波形）

输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为31KHz的正弦波（蓝色波形）

输出：U0=1.92V（最大值），频率为1KHz的正弦波，幅度开始减小（红色波形）

输入：Ui1=0V，Ui2为幅度为1V，频率为31KHz的正弦波（蓝色波形）

输出：U0=1.67V（最大值），频率为1KHz的正弦波，幅度减小（红色波形）

测试值及幅频特性曲线：

1.2同相加法器

A.输入信号Ui1??1V,Ui2??1V，测试4种组合下的输出电压 仿真电路：

仿真测试数据：

Ui1 1V 1V -1V -1V Ui2 1V -1V 1V -1V U0 2V -11.147uV -11.147uV -2V B.输入信号Ui1??1V,Ui2为正弦波1KHz,1V信号，测试两种输入组合情况下的输出电压 形

仿真电路：

仿真测试波形：

输入：Ui1=1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（绿色波形）

输出：U0=0.999766V（有效值），频率1KHz的正弦波，向上偏移1V（红色波形）

输入：Ui1=-1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（绿色波形）

输出：U0=-0.999761V，频率1KHz的正弦波，向下偏移1V（红色波形）

Ui1 1V 1V -1V -1V Ui2 1V -1V 1V -1V U0 1.92V 58.8mV -54.345mV -1.922V 结果分析：硬件电路测试值与仿真电路测试值相比略微渐小，由于硬件电路的运放芯片

LM358工作电压经过导线送入，而导线上有压降，所以工作电压较理论值要小，所以输出会跟随被影响，也会减小。

B.输入信号Ui1??1V,Ui2为正弦波1KHz,1V信号，测试两种输入组合情况下的输出电压

形

硬件电路输出波形：

输入：Ui1=1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（黄色波形）

输出：U0=0.925V，频率1KHz的正弦波，向上偏移1V（绿色波形）

输入：Ui1=1V，Ui2为频率1KHz，幅度1V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=-0.934V，频率1KHz的正弦波，向下偏移1V（绿色波形）

结果分析：硬件测试电路与仿真结果较为相似，但是波形不太稳定，在零点几V的范围

内来回跳动，后来在检查电路后发现是由于存在干扰信号，而且示波器工作也不太稳定。

2.3差分放大电路

A.输入信号Ui1??0.5V,Ui2??0.5V，测试4种组合下的输出电压 仿真测试数据：

Ui1 0.5V 0.5V -0.5V -0.5V Ui2 0.5V -0.5V 0.5V -0.5V U0 25.2mV -4.26V 3.664V -4.7mV B.输入信号Ui1??0.5V,Ui2为正弦波1KHz,0.5V信号，测试两种输入组合情况下的 出电压波形

硬件电路测试波形：

输入：Ui1=0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黄色波形） 输出：U0=0.2V，频率1KHz正弦波，发生直流偏移，底部发生失真现象（绿色波

形）

输入：Ui1=-0.5V，ui2为频率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黄色波形）

输出：U0=1.8V，频率1KHz正弦波，发生直流偏移，顶部发生失真现象（绿色波

形）

结果分析：偏移幅度不够大，由于放大倍数不同，且运放芯片性质决定可以放

大到的最大电压不能达到理论值。

三、小结

这个项目我们小组有以下不足：1.电路排版过于拥挤，导致板子背面焊锡大块出现；2.测试硬件路 仪表使用不够熟练。相对于其他组，我们组有以下优势：1.测试电路任务明确；2.测试值误差小。通过这次实验，对各个仪表又有了一个熟悉的过程，掌握了加法器和差分放大器的基本功能，能利用加法器和差分放大器设计出有一定倍数的正反向放大电路。

四、仪器设备清单

名称 示波器 信号发生器 稳压源 模拟万用表 毫伏表

A3组：XXX XX XX XXXX年XX月XX日 数量 1 1 2 1 1

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