电工电子综合实践.docx
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电工电子综合实践
四川大学网络教育学院
电工电子综合实践
校外学习中心四川大学
学生姓名金小峰
专业电气工程及其自动化
层次专升本
年级2014秋
学号DH1142R6007
实验时间：
2015年8月
实验内容：
一、实验目的
1、了解集成运算放大器开环放大倍数Av和最大输出电压Vomax的测试方法。
2、掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分电路的连接与测试。
3、了解集成运算放大器非线性应用的特点。
二、实验器材
1、实物实验器材
（1）、HY177-30S双路可跟踪直流稳压电源1台
（2）、AFG310函数发生器1台
（3）、FLUKE45数字万用表1台
（4）TDS210数字式双踪示波器1台
2、虚拟实验器材
（1）、操作系统为Windows95/98/ME的计算机1台
（2）、ElectronicsWorkbenchMultisim2001电子线路仿真软件1套
三、实验原理
线性集成运算放大器在线性区工作时，是一种具有高放大倍数的放大器，加上负反馈网络，就可完成各种线性应用，其中运算放大器可以实现多种数学运算，其基本运算有比例、加法、减法、积分、微分等。
线性集成放大器在开环或引入正反馈的情况下，当其两个差动输入端之间存在着微小的失调电压时，放大器就处于正饱和或负饱和状态（即工作于非线性区），利用这种工作方式可以实现非线性应用，如信号比较器-采样保持电路等。
衡量线性集成放大器的性能指标很多，其中开环放大倍数Av反映了该器件在输出开路的条件下，输出电压对差模电压的放大能力。
最大输出电压Vomax则反映输出电压与输入电压的线性应用范围，超过此界限则进入非线性区。
四、虚拟仿真实验内容及步骤
1、反相比例运算放大电路测试
按图连接电路，以直流电压源Vi作为输入信号，首先双击电压源，将电压源设定为0伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-1中。
然后按表7-1依次改变直流电压源Vi的值，并将输出电压依次填入表7-1中。
表7-1反相比例运算放大电路测试
输入信号
输出信号
计算值
Vi（V）
Vo（V）
Av=Vo/Vi
0
0
0.5
-1.600
-3.2
0.8
-2.560
-3.2
1
-3.200
-3.2
2、同相比例运算放大电路测试
按图连接电路，以直流电压源Vi作为输入信号，首先双击电压源，将电压源设定为0伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-2中。
然后按表7-2依次改变直流电压源Vi的值，并将输出电压依次填入表7-2中。
表7-2同相比例运算放大电路测试
输入信号
输出信号
计算值
Vi（V）
Vo（V）
Av=Vo/Vi
0
0
0.5
2.100
4.2
0.8
3.360
4.2
1
4.200
4.2
3、加法运算电路
按图连接电路，使用两个直流电压源分别作为输入信号Vi1和Vi2，依次首先双击电压源，将电压源设定为1伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-3中。
然后按表7-3依次改变直流电压源Vi1和Vi2的值，并将输出电压依次填入表7-3中。
表7-3加法运算电路
输入信号
输入信号
输出信号
Vi1（V）
Vi2（V）
Vo（V）
1
1
-2
2
1
-3
1
2
-3
4、减法运算电路
按图连接电路，使用两个直流电压源分别作为输入信号Vi1和Vi2，依次首先双击电压源，将电压源设定为1伏，点击电路窗口右上角的0-1开关或按F5键运行电路，读出端电压表的值，填入表7-4中。
然后按表7-4依次改变直流电压源Vi1和Vi2的值，并将输出电压依次填入表7-4中。
表7-4减法运算电路
输入信号
输入信号
输出信号
Vi1（V）
Vi2（V）
Vo（V）
1
1
0.05
2
1
-1
1
2
1
5、积分运算电路
按图连接电路，使函数发生器XFG1输出幅度为1V，2KHz的方波信号，使用示波器XSC1观察输入与输出的波形，将波形图画入表7-5中。
表7-5积分运算电路
输入波形
输出波形
6、微分运算电路
按图连接电路，使函数发生器XFG1输出幅度为1V，2KHz的方波信号，使用示波器XSC1观察输入与输出的波形，将波形图画入表7-6中。
表7-6微分运算电路
输入波形
输出波形
五、实物实验内容及步骤
1．实验电路板分为五部分。
2．线性集成放大器开环放大倍数Av和最大输出电压Vomax的测试。
（1）开环放大倍数Av的测试
按图7-8接线，在输入信号未接入前调节Wo，使Vo=0V（用数字万用表直流电压档测量）。
然后，通过函数发生器接入正弦波信号Vs，其频率为f=80Hz，调整Vs的幅度使输出电压Vo=5V（用数字万用表交流电压档测量）再测量此时对应的输入电压Vi，将测量数据填入表7-7中。
由下式可算得Av;
（2）最大输出电压Vomax的测试
按图7-9接线，输入正弦信号Vi，其频率f=80Hz，用示波器的CH2探头监测Vo，CH1（用作X轴信号）监测Vi，增大输入信号直到示波器上观察到放大器进入非线性区（图7-9所示曲线）为止，从示波器上读出正负Vomax值，并填入表7-7中。
表7-7开环放大倍数Av和最大输出电压Vomax的测试
Vi
Vo
Vomax
Av
开环放大倍数
5.4mV
5V
925.9
最大输出电压
从0增加
11.5V
3．反相比例运算
按图7-10接线，用数字万用表直流电压档进行测量。
先将输入端接地，调节Wo，使Vo=0V，然后，将输入端与RW1连接，调节RW1使用权Vi为表7-8所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中，理论计算Vo/Vi=RF3/R5
图7-10反相比例运算电路
表7-8反相比例运算的测试
Vi（V）
Vo（V）
Vo/Vi
0.5
-1.55
-3.1
0.8
-2.48
-3.1
1
-3.1
-3.1
4．加法运算
按图7-11接线，用数字万用表直流电压档进行测量，调节RW1和RW2，使Vi1和Vi2分别为表7-9所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中。
图7-11加法运算测试电路
表7-9加法运算的测试
Vi1（V）
Vi2（V）
Vo（V）
1
2
-3.03
2
1
-3.03
4．减法运算
按图7-12接线，用数字万用表直流电压档进行测量，调节RW1和RW2，使Vi1和Vi2分别为表7-10所给出的值，同时测量对应的Vo值，并填入表中。
表7-10减法运算的测试
Vi1（V）
Vi2（V）
Vo（V）
1
2
1.00
2
1
-1.00
图7-12减法运算测试电路
5．积分运算
按图7-12（a）接线，用函数发生器输入方波信号Vi=3V，f=2KHz，用双踪示波器观察Vi和Vo并绘入图7-12（b）中。
图7-12（a）积分运算测试电路和输入输出波形
6．微分运算
按图7-13（a）接线，用函数发生器输入方波信号Vi=3V，f=2KHz，用双踪示波器观察Vi和Vo并绘入图7-13（b）中。
六、实验分析
1．整理实验数据，并从集成运算放大器Av和Vomax参数的测试结果，阐述集成运算放大器的特点。
答：
集成运算放大器的特点，开环电压放大倍数非常大，接近无穷大。
最大的输出电压接近电源电压。
2．如果在反相比例运算中将直流电压换成交流正弦电压源，其结果如何？
答：
结果一样，还是按照反馈比例运算。
Vo=-（R2/R1）Vi
3．用比例、加法、减法运算结果分析集成运算放大器构成的比例、加法、减法电路的结构特点，其运算精度和稳定度靠什么来保证。
答：
（1）输入信号都是加在反向输入端，都必须引入负反馈；
（2）开环放大倍数越大，精度和稳定度越好。
靠深度负反馈来保证其运算精度和稳定度。
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