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:)25(21i i O U U U +-=。
输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。
（2）设计条件电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5（3）测试项目A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压；B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=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V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。
D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，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：21i i O U U U +=。
（2）设计条件电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压；B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=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:)(521i i O U U U --=。
输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。
（2）设计条件电源电压Ec=±5V ； 负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压；B ：输入信号V KHz U V U i i 5.0,1,5.021为正弦波±=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*IfU0=-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V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压 仿真测试数据:B.i i 21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V U i 01 ，改变2i U 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： 4.671~3.746V V -D.输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，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）输出：U0=2V（最大值），频率为1KHz的正弦波（红色波形）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V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压 仿真电路：仿真测试数据：B.V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=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）2、差分放大器A.输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压 仿真电路：仿真测试数据：B.i i 21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0.5V 的正弦波（红色波形） 输出：U0=2.163V ，频率1KHz 正弦波，顶部发生失真现象（黄色波形）输入：Ui1=0.5V ，ui2为频率1KHz ，幅度0.5V 的正弦波（红色波形）输出：U0=-2.337V ，频率1KHz 正弦波，底部发生失真现象（黄色波形）（三）、电路焊装和调试1、元器件清单1.2同相加法器2、电路调试结果及结果分析 2.1反相加法器A.输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压 硬件电路测试结果:结果分析：实际测量结果比仿真测量结果偏小，当两个输入信号均为0.5V 时，理论输出应该是-3.4V ，而我们的测试值只有-2.98V ，最后检查电路时发现由于我们在提供芯片的电压上串接了一个1K 电阻和一个发光二级管，再加上电源输入端到4脚、8脚的导线比较长（产生了1.46V 的压降）所以芯片的工作电压其实并没有±5V ，因此输出值会普遍偏小。
B.输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出压波形硬件电路输出波形：输入： Ui1=0.5V ，Ui2为频率1KHz ，幅度为0.1V 的正弦波信号 （黄色波形）输出： U0发生直流偏移，向下偏2.5V （绿色波形）输入： Ui1=0.5V ，Ui2为频率1KHz ，幅度为0.1V 的正弦波信号 （黄色波形）输出： U0发生直流偏移，向上偏2.5V （绿色波形）结果分析：在这个测试项目的进行下，我们发现硬件焊接的电路测试值很不稳定，总是在0.6V 之内上下波动，最后发现外界信号对电路输出只有很大的干扰，当我们把手放在输入端上，输出电压值都会发生跳动，经比较计算，我们的测试值在误差范围内是正确的C.输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围 硬件电路输出波形：输入：Ui1=0V ，Ui2为频率1KHz ，幅度1.29V 正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.21V ，频率1KHz 正弦波，顶部发生失真现象（绿色波形）输入：Ui1=0V ，Ui2为频率1KHz ，幅度1.41V 正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.53V ，频率1KHz 正弦波，顶部和底部同时失真（绿色波形）动态范围 2.53~2.21V V -结果分析：在做仿真的时候，当Ui2=2.0V 时，波形便发生失真，而在硬件电路的测试中，Ui2=1.29V 便出现顶部失真现象，由于我们电路的实际放大倍数为2.2，而仿真的是2，而且实际电路中导线的压降又不可避免(导线太长)，因此，静态工作点会更加偏低，会在较小的输入电压情况下发生失真。
D.输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，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硬件电路测试波形：输入：Ui1=0V ，Ui2为幅度为1V ，频率为1KHz 的正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.08V ，频率为1KHz 的正弦波（绿色波形）输入：Ui1=0V ，Ui2为幅度为1V ，频率为5KHz 的正弦波（黄色波形） 输出：U0=2.02V ，频率为5KHz 的正弦波，开始出现交越失真（绿色波形）输入：Ui1=0V ，Ui2为幅度为1V ，频率为39KHz 的正弦波（黄色波形）输出：U0=0.70V ，频率为5KHz 的正弦波，幅度明显下降（绿色波形）硬件电路测试数据：结果分析：硬件电路测试值较仿真测试值曲线不够平滑，电路本身存在干扰，仪器仪表又具有一定的误差范围，因此相对于仿真，实际电路与理论值会有一定大的误差。
2.2同相加法器A.输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压 硬件电路测试值：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V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=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。