加法器及差分放大器項目實驗報告

1、加法器及差分放大器項目實驗報告一、項目內容和要求 （一）、加法器 1、任務目的：（1）掌握運算放大器線性電路的設計方法；（2）理解運算放大器的工作原理；（3）掌握應用仿真軟件對運算放大器進行仿真分析的方法。 2、任務內容： 2.1 設計一個反相加法器電路，技術指標如下：（1）電路指標 運算關系:。 輸入阻抗。（2）設計條件 電源電壓Ec=±5V； 負載阻抗（3）測試項目 A：輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓； B：輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。 C：輸入信號，改變的幅度，測量該加法器的動態(tài)范圍。 D：輸入信號，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長為2kH

2、z，測量該加法器的幅頻特性。2.2 設計一個同相加法器電路，技術指標如下：（1）電路指標運算關系：。（2）設計條件電源電壓Ec=±5V；負載阻抗（3）測試項目 A：輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓； B：輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。（二）、差分放大器 1、任務目的：（1）掌握運算放大器線性電路的設計方法；（2）理解運算放大器的工作原理；（3）掌握應用仿真軟件對運算放大器進行仿真分析的方法。2、任務內容2.1 設計一個基本運放差分放大器電路，技術指標如下：（1）電路指標運算關系:。輸入阻抗。（2）設計條件電源電壓Ec=±5V；負載阻抗（3）測試項目

3、A：輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓； B：輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出電壓波形。二、設計及調試（一）、電路設計 1、反相加法器 U0=-Rf*If U0=-Rf*(Ui1/R1+Ui2/R2) 輸出電壓與輸入電壓反相 R3在電路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 2、同相加法器 U0=(1+Rf/R)Ui 輸出電壓與輸入電壓同相 R在電路中起平衡作用（R3=R1/R2/Rf） 3、差分放大器 差分放大電路可以有效的抑制“零點漂移” U0=(R1+Rf)/R1*R3/(R2+R3)-(R2/R1)*U1 R1=R2,R3=Rf,U0=-(R2/R1)*(Ui1-Ui2)（二

4、）、電路仿真 1、加法器 1.1反相加法器 A.輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓 仿真測試數據:Ui1Ui2U00.5V0.5V-3.5V0.5V-0.5V1.5V-0.5V0.5V1.5V-0.5V-0.5V3.5V B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的電壓波形 仿真電路： 仿真測試波形： 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號 （藍色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向下偏2.5V（紅色波形） 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號 （藍色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向上偏2.5V（紅色波形） C.輸入信

5、號，改變的幅度，測量該加法器的動態(tài)范圍 仿真電路： 仿真測試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度0.1V正弦波（藍色波形） 輸出：U0=0.2V(最大值)，頻率1KHz正弦波（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度2V正弦波（藍色波形） 輸出：U0=3.998V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現象（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度2.5V正弦波（藍色波形） 輸出：U0=4.671V（最大值），頻率1KHz正弦波，頂部和底部均發(fā)生失真現象（紅色波形） 動態(tài)范圍： D.輸入信號，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長為2kHz，

6、測量該加法器的幅頻特性 仿真電路： 仿真測試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為1KHz的正弦波（藍色波形） 輸出：U0=2V（最大值），頻率為1KHz的正弦波（紅色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為3KHz的正弦波（藍色波形） 輸出：U0=2V（最大值），頻率為1KHz的正弦波（紅色波形）輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為31KHz的正弦波（藍色波形） 輸出：U0=1.92V（最大值），頻率為1KHz的正弦波，幅度開始減小（紅色波形）輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為31KHz的正弦波（藍色波形） 輸出：U0=1.67V（最大值）

7、，頻率為1KHz的正弦波，幅度減小（紅色波形）測試值及幅頻特性曲線： 1.2同相加法器 A.輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓 仿真電路： 仿真測試數據： Ui1Ui2U01V1V2V1V-1V-11.147uV-1V1V-11.147uV-1V-1V-2V B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出電壓形 仿真電路： 仿真測試波形： 輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（綠色波形） 輸出：U0=0.999766V（有效值），頻率1KHz的正弦波，向上偏移1V（紅色波形） 輸入：Ui1=-1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（綠色波形） 輸出：U0=-0.99

8、9761V，頻率1KHz的正弦波，向下偏移1V（紅色波形） 2、差分放大器 A.輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓 仿真電路： 仿真測試數據：Ui1Ui2U00.5V0.5V-55.315uV0.5V-0.5V-4.633V-0.5V0.5V3.764V-0.5V-0.5V-8.381uV B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸電壓波形 仿真電路： 仿真測試波形： 輸入：Ui1=-0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（紅色波形） 輸出：U0=2.163V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現象（黃色波形） 輸入：Ui1=0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（

9、紅色波形） 輸出：U0=-2.337V，頻率1KHz正弦波，底部發(fā)生失真現象（黃色波形） （三）、電路焊裝和調試 1、元器件清單 1.1反相加法器名稱型號數量普通電阻4.7K310K122K1運放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.2同相加法器名稱型號數量普通電阻4.7K5運放芯片LM3581芯片底座DIP81 1.3差分放大器名稱型號數量普通電阻4.7K322K2運放芯片LM3581運放底座DIP81 2、電路調試結果及結果分析 2.1反相加法器 A.輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓 硬件電路測試結果:Ui1Ui2U00.5V0.5V-2.98V0.5V-0.5V-1.2V-0.5V0

10、.5V1.2V-0.5V-0.5V2.96V 結果分析：實際測量結果比仿真測量結果偏小，當兩個輸入信號均為0.5V時，理論輸出應該是-3.4V，而我們的測試值只有-2.98V，最后檢查電路時發(fā)現由于我們在提供芯片的電壓上串接了一個1K電阻和一個發(fā)光二級管，再加上電源輸入端到4腳、8腳的導線比較長（產生了1.46V的壓降）所以芯片的工作電壓其實并沒有±5V，因此輸出值會普遍偏小。 B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出壓波形硬件電路輸出波形：輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號 （黃色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向下偏2.5V（綠色波

11、形） 輸入： Ui1=0.5V，Ui2為頻率1KHz，幅度為0.1V的正弦波信號 （黃色波形） 輸出： U0發(fā)生直流偏移，向上偏2.5V（綠色波形） 結果分析：在這個測試項目的進行下，我們發(fā)現硬件焊接的電路測試值很不穩(wěn)定，總是在0.6V之內上下波動，最后發(fā)現外界信號對電路輸出只有很大的干擾，當我們把手放在輸入端上，輸出電壓值都會發(fā)生跳動，經比較計算，我們的測試值在誤差范圍內是正確的 C.輸入信號，改變的幅度，測量該加法器的動態(tài)范圍 硬件電路輸出波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度1.29V正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.21V，頻率1KHz正弦波，頂部發(fā)生失真現象（綠色波

12、形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為頻率1KHz，幅度1.41V正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.53V，頻率1KHz正弦波，頂部和底部同時失真（綠色波形） 動態(tài)范圍 結果分析：在做仿真的時候，當Ui2=2.0V時，波形便發(fā)生失真，而在硬件電路的測試中，Ui2=1.29V便出現頂部失真現象，由于我們電路的實際放大倍數為2.2，而仿真的是2，而且實際電路中導線的壓降又不可避免(導線太長)，因此，靜態(tài)工作點會更加偏低，會在較小的輸入電壓情況下發(fā)生失真。 D.輸入信號，改變正弦波的頻率，從1kHz逐漸增加，步長為2kHz，測量該加法器的幅頻特性 硬件電路測試波形： 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為

13、1V，頻率為1KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.08V，頻率為1KHz的正弦波（綠色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為5KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=2.02V，頻率為5KHz的正弦波，開始出現交越失真（綠色波形） 輸入：Ui1=0V，Ui2為幅度為1V，頻率為39KHz的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.70V，頻率為5KHz的正弦波，幅度明顯下降（綠色波形） 硬件電路測試數據： 結果分析：硬件電路測試值較仿真測試值曲線不夠平滑，電路本身存在干擾，儀器儀表又具有一定的誤差范圍，因此相對于仿真，實際電路與理論值會有一定大的誤差。 2.2同相加法器 A.

14、輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓 硬件電路測試值： Ui1Ui2U01V1V1.92V1V-1V58.8mV-1V1V-54.345mV-1V-1V-1.922V 結果分析：硬件電路測試值與仿真電路測試值相比略微漸小，由于硬件電路的運放芯片LM358工作電壓經過導線送入，而導線上有壓降，所以工作電壓較理論值要小，所以輸出會跟隨被影響，也會減小。 B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的輸出電壓形硬件電路輸出波形：輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1KHz，幅度1V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.925V，頻率1KHz的正弦波，向上偏移1V（綠色波形） 輸入：Ui1=1V，Ui2為頻率1

15、KHz，幅度1V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=-0.934V，頻率1KHz的正弦波，向下偏移1V（綠色波形） 結果分析：硬件測試電路與仿真結果較為相似，但是波形不太穩(wěn)定，在零點幾V的范圍內來回跳動，后來在檢查電路后發(fā)現是由于存在干擾信號，而且示波器工作也不太穩(wěn)定。 2.3差分放大電路A.輸入信號，測試4種組合下的輸出電壓仿真測試數據：Ui1Ui2U00.5V0.5V25.2mV0.5V-0.5V-4.26V-0.5V0.5V3.664V-0.5V-0.5V-4.7mV B.輸入信號信號，測試兩種輸入組合情況下的出電壓波形 硬件電路測試波形： 輸入：Ui1=0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=0.2V，頻率1KHz正弦波，發(fā)生直流偏移，底部發(fā)生失真現象（綠色波形） 輸入：Ui1=-0.5V，ui2為頻率1KHz，幅度0.5V的正弦波（黃色波形） 輸出：U0=1.8V，頻率1KHz正弦波，發(fā)生直流偏移，頂部發(fā)生失真現象（綠色波形） 結果分析：偏移幅度不夠大，由于放大倍數不同，且運放芯片性質決定可以放