基本运算电路设计
专业：______ 实验报告
姓名：______
学号：______
日期：______
桌号：_____________
课程名称： 模拟电子技术基础实验 指导老师： 成绩：________________ 实验名称： 基本运算电路设计
一、实验目的
1. 掌握集成运放组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2. 掌握基本运算电路的调试方法。 3. 学习集成运算放大器的实际应用。
二、实验器材
1. 示波器、信号发生器、晶体管毫伏表。 2. 运算电路实验电路板。
3. μA741、电阻电容等元件。
三、实验内容
1. 实现反相加法运算电路 2. 实现反相减法运算电路
3. 用积分电路将方波转换为三角波
4. 同相比例运算电路的电压传输特性（选做） 5. 查看积分电路的输出轨迹（选做）
四、实验电路与原理
1. 实现反相加法运算电路
实验电路（仿真电路图）：
仿真结果： 输入波形：
200mV
100mV
0V
-100mV
-200mV
0s
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
V(Vs1:+)
Time
500mV
400mV
300mV
200mV
100mV
0V0s
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
V(Vs2:+)
Time
输出波形：
2.0V
0V
-2.0V
-4.0V
-6.0V
-8.0V
0s
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
V(out)
Time
2. 实现反相减法运算电路
实验电路（仿真电路图）：
仿真结果：
输入波形：
2.0mV
1.0mV
0V
-1.0mV
-2.0mV
0s
V(Vs1:+)
Time
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
5.0mV
0V
-5.0mV
0s
V(Vs2:+)
Time
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
输出波形：
40mV
20mV
0V
-20mV
-40mV
0s
V(out)
Time
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
3. 用积分电路将方波转换为三角波
实验电路（仿真电路图）：
仿真结果：
Tp=0.1ms
50mV
0V
-50mV
-100mV
0s
V(Vs:+)
Time
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
输出波形：
1.2V
0.8V
0.4V
0V
-0.4V
0s
V(out)
Time
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
Tp=1ms=τ：
输入波形：
100mV
50mV
0V
-50mV
-100mV
0s
V(Vs:+)
Time
10ms
20ms
30ms
40ms
50ms
60ms
70ms
80ms
90ms
100ms
输出波形：
1.0V
0.5V
0V
-0.5V
0s
V(out)
Time
10ms
20ms
30ms
40ms
50ms
60ms
70ms
80ms
90ms
100ms
Tp=10ms>>τ： 输入波形：
100mV
50mV
0V
-50mV
-100mV
0s
V(Vs:+)
Time
0.1s
0.2s
0.3s
0.4s
0.5s
0.6s
0.7s
0.8s
0.9s
1.0s
输出波形：
2.0V
1.0V
0V
-1.0V
-2.0V
0s
V(out)
Time
0.1s
0.2s
0.3s
0.4s
0.5s
0.6s
0.7s
0.8s
0.9s
1.0s
五、实验步骤和实验结果
1. 实现反相加法运算电路
实验步骤：
1) 按设计的运算电路进行连接。
2) 静态测试：将输入接地，测试直流输出电压。保证零输入时电路为零输出。
3) 调出0.2V三角波和0.5V方波（SYNC端输出通过电位器分压），送示波器验证。 4) vS1输入0.2V三角波，vS2输入0.5V方波，用示波器双踪观察输入和输出波形，确认电路功能正确。记录示波器波形（坐标对齐，注明幅值）。
实验结果记录： 0.2V/div）： Vs1（
Vo（2V/div）：
Vs2（0.5V/div）：
VVs2与o双踪显示（ch1、ch2：2V/div）：
Vs1与Vs2双踪显示（ch1：0.5V/div；ch2：0.2V/div）：
实验结果分析：
由上5幅图可以看出，Vo最大值为2V，最小值为-7V，符合式 ，
vO=-10(vS1+vS2)
所设计电路为反相加法运算电路。
2. 实现反相减法运算电路
实验步骤：
1) 按设计的运算电路进行连接。
2) 静态测试：输入接地，保证零输入时为零输出。
3) vS1和vS2输入正弦波，用示波器观察输入和输出波形，确认电路功能正确。 4) 用毫伏表测量输入和输出信号幅值，记到表格中。 实验结果记录：
示波器波形（可选）： 0.2V/div）：
Vs1（
Vs2双踪显示（ch1、ch2：0.2V/div）： Vs1与
Vs2（0.5V/div）：
Vo（1V/div）：
Vs2与Vo双踪显示（ch1、ch2：1V/div）：
毫伏表测量数据：
实验结果分析：
由上5幅图可知：电压幅值Vs1=0.2V；Vs2=0.5V；Vo=3V。经计算有效值Vs1=0.1414V；Vs2=0.3536V；Vo=2.121V。与毫伏表测量数据基本相符。且符合式 ，所以设计的电路为反相减法运算电路。
3. 用积分电路将方波转换为三角波
实验步骤：
1) 连接积分电路，加入方波信号。
2) 选择频率，使Tp >τ2，观察并记录输出波形的线性情况和幅度的变化。
实验结果记录：
Vs：
vO=10(vS2-vS1)
Vo（Tp
Tp≈τ2）：
Vo（
实验结果分析：
PSpice仿真结果：Tp=0.1ms时，Vo=0.05V；Tp=1ms时，Vo=0.468V；Tp=10ms时，Vo=1V。与测量结果基本相符，可见Tp >τ2时，Vo波形已发生畸变。
4. 同相比例运算电路的电压传输特性（选做）
Vo（Tp >>τ2）：
实验结果分析：从上图Vs与Vo关系曲线可知，同相比例运算电路是由集成运放组成的同相放大电路，其输出与输入成比例关系，但输出信号的大小受集成运放的最大输出电压幅度的限制，因此输出与输入只在一定范围内是保持线性关系的。
图中还有一处突出部分，这是因为输入和输出的信号不同步造成的，输入信号和输出信号不是同时到达饱和区，所以会有突出部分。
5. 查看积分电路的输出轨迹（选做）
上6图为实验时录取积分电路的输出轨迹视频，软件截取部分重点图像。
六、实验收获
1. 通过这个基本运算电路设计实验，我对设计简单的运算电路的原理有了更深刻的认识，对反相加减法运算电路、积分运算电路的输入输出信号波形有了更深入直观的了解。
2. 通过老师上课精彩的讲解使我感受到了一种“新的世界观”，认识到了理论学习和实验的区别，在以后做实验的时候要对所有器械保持怀疑的心态，坚持“自己测的才是准的”原则。
3. 通过这几次的实验，频繁调试和分析，对示波器、信号发生器、毫伏表的使用有了更好的掌握。
七、思考与讨论
1. 在基本运算电路中，当输入信号为正弦波、方波或直流信号等不同形式时，应分别选择什么仪器来测量其幅度？
正弦波：示波器看波形，毫伏表测幅度；
方波：示波器看波形，直接用示波器测幅度；
直流信号：万用表。
2. 实验中，若测得运放静态输出电压为+14V，其根本原因是什么？应如何进一步调试？
可能是没有构成负反馈，输入电阻与反馈电阻断开。此时应检查线路是否接错，元件是否出现问题，然后再测量静态输出，为零后再加入信号。
八、体会、心得、问题及解决方法（选做）
通过这个基本运算电路设计实验，我对设计简单的运算电路的原理有了更深刻的认识，对反相加减法运算电路、积分运算电路的输入输出信号波形有了更深入直观的了解，对示波器、信号发生器、毫伏表的使用和调试有了更好的掌握，对实验过程中容易出现的问题有了更好的解决耐心和自己解决问题的能力。另外，在做实验时遇见了几个问题，在老师的指导下找到了解决方法。
我们不能轻易相信电路板上的标称值，要自己动手测量电路中的电阻及其他器件的标称值（包括输出电压）与实际值的差别，实验前均需重新测定，否则直接做实验很容易出现较大误差甚至错误，而且不利于实验矫正。
测量器件两端的电位差时要测出它们的对地电压，再相减。由于器件两端没有电路的公共接地点，若用交流毫伏表直接测器件上的压降，则会引入干扰，造成测量误差。
示波器监视波形时，如果波形不稳定，需要检查导线接触情况、线路有无短路、周围有没有烦扰信号，同时调节示波器尽量使其波形稳定。
实验前要做好充分的准备工作，实验中要有耐心，要有自己的思考，寻找实验的关键，认真记录数据，实验后认真的处理分析，这样才能做好每一个实验。
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