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1、哈尔滨工业大学模拟电子技术基础大作业用集成运放实现运算关系哈尔滨工业大学姓名：班级：学号：指导教师：年月日用集成运放实现运算关系一、实验要求：用集成运算放大器实现下列运算关系：Uo=2un+3ui2-5JUi3dt要求所用的运放不超过三个，元件要取标称值，取值范围为lkn<=R<=lMH,0.1
2、1F<=C<=1OpFo画出电路图，并用Multi§im进行仿真验证。二、设计过程：则根据集成运算放大器所要达到的运算关系，可以先设计一个反相输入求和电路,并利用反相输入求和电路，先完成线性部分的运算，即先完成2口门+3
3、ui2部分的运算。由于是反相输入求和电路，所以电路的运算结果都是负值，但可以在最后再次使用集成运放进行运算，将原来的负相输出重新转回正相输出。根据反相输入求和电路的运算关系有RfRfuol=-(石Uii+兀Ui2)为满足对应的放大条件，可设&=15kQ;R2=10kQ;Rf=30kQ则其对应的放大倍数即可满足条件，达到所需的运算过程。反相输入求和电路的电路图为对应如图所示：题目屮同时要求进行运算5/ui3dt,则需要使用积分运算电路。在这里可以使用反相积分电路进行积分运算。基本的反相积分电路运算关系式为：%2=-
4、吉卜1dt+Uo(O)则由于积分值的放大倍数是5,则需要调节电阻和电容的值为RC=i,且根据题目屮的电容电阻的给定范围，可设：R=200kQC=lpF。同时在运算放大器屮，最重要的就是设置运放的两个输入端的电阻要相同，所以其对应的同相输入端也需要连接电阻200kQo则此时的积分部分的电路图如图所示：最后一部分电路要求将两部分的电压值相加。且对于W1和Ui2的求和使用的是反相求和电路，所以此处需要对两者运算的结果再取反相值。但对于积分部分，由于本来使用的就是反相枳分运算电路，且根据运算的要求u0=2uil+3ui2
5、-5/ui3dt,所以在这里不用再取负号，要直接将u°2的结果与-U。］的结果相加，所以此处的电路需要适用差分运算电路。差分运算电路根据其运算特性，正好可以达到的运算要求：其对应的电路图如图所/J<:则用如图所示的电路即可完成如上关系式所耍求的功能，可列的方程有:ioka；XXlokn+%=iok肆lok/iokQ则可解得:%=-Uol+Uo2此运算关系系数正好可以满足对应运算的要求，可完成电路的设计过程，最终的电路图如图所示：200kQ三、电路仿真此处的电路仿真，首先用Multisim连接好电路图，对应的电路图
6、截图如图所示:此处的电路分别在三和信号输入端接上信号发生器的示波器，同步观察信号发生器的输入信号与电路的输出信号Z间的关系。运算放大器选择的是基本741运放。（1）线性部分仿真连接好电路之后，即可进行仿真运算，首先是在枳分电路输出为零的情况下，和*2分别输入频率为20赫兹和40赫兹的方波信号，对应的方波信号的峰值分别为200mV和1OOmVo并观察相应的波形与幅值关系。可以发现，电路的输出端的最终显示结果为696.428mV,与理论值700mV进行比较，发现两者符合的很好，达到了相应的运算结果。当W］和闪2分别为
7、200mV和-100mV吋，结果为96.452mV,与理论值100mV进行比较，也与结果符合的很好。说明在线性部分，仿真的结杲是正确的，可以达到对应的运算要求。仿真结杲如图所示：・I♦Trtit4：3eySr」225C・E544!2和•fWmV]ExtaCv&rfOnrS
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14、0[ZCAACl0fDC-IrUn和Ui2输入信号U°输出信号（2）积分部分仿真则当只使用积分电路进行输出时，将W3
15、设为幅值为5V的方波，则积分后可以得到一定5V乂Is200kHA40HzX2=312.5mV幅值的三角波。可以看出积分电路可以形成正确的积分结果，在40赫兹的条件下，由于方波的峰值为5V,积分电路所形成的三角波的峰峰值为307.882mV,与理论计算值:非常接近。且最后的输出端输出的信号幅值与积分电路的输出信号幅值相同。为308.461O1V,说明积分部分的电路同样达到了题冃中所要求的结果。t-Ti/.ZK,TT,✓ir//wn-Tif-5WOV•*4?f4?fl-Vs5000V•52WZi10M0VM3til
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