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实验四 比例求和运算电路
一、实验目的
1．掌握用集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。
2．学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验仪器
数字万用表
信号发生器
双踪示波器
其中，模拟电子线路实验箱用到直流稳压电源模块，元器件模组以及“比例求和运算电路”模板。
三、实验原理
（一）、比例运算电路
1．工作原理
a．反相比例运算, 最小输入信号U i min 等条件来选择运算放大器和确定外围电路元件参数。
如下图所示。
RF
R1
100k Ω
10k ΩA
V i
Vo
B
A
R2
10k Ω
输入电压
1 加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2
U i 经电阻 R
接地。输出电压
U O
F接回到反相输入端。通常有：
R 2=R1//R F
经 R
由于虚断，有 I =0
，则 u =-I
R=0。又因虚短，可得： u =u =0
+
+
+ 2
-+
由于 I - =0，则有 i 1 =i f ，可得：
u i u
u u o
R 1
R F
A uf
u o
RF
由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为：
u i
R1
R if
ui
R1
ii
.
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反相比例运算电路的输出电阻为： Rof =0
输入电阻为： Rif =R1
b．同相比例运算
RF
R1
100kΩ
10kΩ
A
V o
BA
V i
R2
10kΩ
输入电压 U i 接至同相输入端，输出电压 U O 通过电阻 RF仍接到反相输入端。
R2 的阻值应为 R2=R1//R F。
根据虚短和虚断的特点，可知
-
+
则有
u
R1
u
I
=I =0,
R1
RF
o
R1
且 u - =u+=ui ，可得：
uo
ui
R1
RF
A uf
u o
R F
u i
1
R 1
同相比例运算电路输入电阻为：
R if
u i
i i
输出电阻： Rof =0
以上比例运算电路可以是交流运算， 也可以是直流运算。输入信号如果是直流，则需加调零电路。如果是交流信号输入，则输入、输出端要加隔直电容，而调零电路可省略。
（二）求和运算电路
1．反相求和
根据“虚短”、“虚断”的概念
ui1
ui 2
uo
uo
( RF ui1
RF u i 2 )
R1
R2
RF
R1
R 2
当 R =R=R，则
uo
RF
(ui 1
ui 2 )
1
2
R
四、实验内容及步骤
1、.电压跟随电路
实验电路如图 1 所示。按表 1 内容进行实验测量并记录。
.
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理论 计 算： 得到电压放大倍数：
即： Ui=U+=U-=U
1 电压跟随器
1：电压跟随器
直流输入电压 Vi （v）
-2
-0.5
0
0.5
1
输 出 电 压 Rl=∽
Vo(v) Rl=5.1k
从实验结果看出基本满足输入等于输出。
2、反相比例电路
理论值：（Ui-U- ） /10K=（U--UO） /100K 且 U+=U-=0故 UO=-10Ui。
实验电路如图 2 所示：
2：反向比例放大电路
1）、按表 2 内容进行实验测量并记录 . 表 2: 反相比例放大电路（ 1）
直流输入电压输入 Vi（mv）30
10030010003000
输 出 电 压 理论值
Vo(v)
实测值
误差
（ 2）、按表 3 进行实验测量并记录。
.
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表三：反相比例放大电路（ 2）
测试条件 被测量 理论估算值 实测值
RL 开路，直流输入信号 Vi 由 0 变为 800mV V0
VAB
VR2
VR1
V i =800mV ，RL 由开路变为 5.1K V0L
其中 RL 接于 VO与地之间。表中各项测量值均为 Ui=0 及 Ui=800mV时所得该项
量值之差。
测量结果：从实验数据 1 得出输出与输入相差 -10 倍关系，基本符合理论，实验数据（ 2） 主要验证输入端的虚断与虚短。
3、同相比例放大电路
理论值： Ui/10K= （Ui-UO）/100K 故 UO=11Ui。
实验原理图如下：
3：同相比例放大电路
1）、按表 4 和表 5 内容进行实验测量并记录表 4: 同相比例放大电路（ 1）
直流输入电压 Ui （mV）30
100
300
1000
3000
理论估算
输出电压
（mV）
Uo（mV）
实测值
误差
表 5：同相比例放大电路（ 2）
测试条件 被测量 理论估算值 实测值
RL 无穷，直流输入信号 Vi 由 0 变为 800mV V0
VAB
VR2
VR1
V i =800mV ，RL 由开路变为 5.1K V0L
以上验证电路的输入端特性，即虚断与虚短
4、反相求和放大电路
.
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理论计算： UO=-RF/R*（Ui1+Ui2 ）
实验原理图如下：
实验结果如下：
直流输入电压 Vi1（ V）
0.3v
-0.3
直流输入电压 Vi2（ V）
0.2v
0.2
理论值 (V)
输出电压 V0（V）
5、双端输入求和放大电路
理论值： UO=（1+RF/R1） *R3/ （ R2+R3）*U2-RF/R1*U1实验原理图如下：
实验结果：
直流输入电压 Vi1（ V）
1v
2v
0.2v
直流输入电压 Vi2（ V）
0.5v
1.8v
-0.2v
理论值（ V）
输出电压 V0（V）
五、实验小结及感想
1．总结本实验中 5 种运算电路的特点及性能。
电压跟随电路：所测得的输出电压基本上与输入电压相等，实验数据准确，
误差很小。
反向比例放大器，所测数据与理论估算的误差较小，但当电压加到 3V 时，
理论值与实际值不符，原因是运算放大器本身的构造。
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同相比例放大运算器，所测数据与理论估算的误差较小，但当电压加到
3V
时，理论值与实际值不符，原因是运算放大器本身的构造。
2．分析理论计算与实验结果误差的原因。
在实验误差允许范围内， 试验所测得的数据与理论估算的数据基本一致， 仍存在一定的误差。
误差分析：
1、 可能是电压调节的过程中存在着一些人为的误差因素。
2、 可能是所给的电压表本身带有一定的误差。
3、 实验中的导线存在一定的电阻。
4、 当电压加大到某一个值时，任凭输入电压怎么增大，输出电压不会再
改变了，这就是运算放大器本身的构造问题了。
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