加法器、减法器

南京铁道职业技术学院

创新电子培训

项目：加法器

老师：袁秀红

姓名：高书杰

二〇一三年三月二十五日

目录

一、实验目的 (3)

二、实验设备 (3)

三、实验原理 (3)

1.加法电路 (3)

(1) 反相加法电路 (3)

(2) 同相加法电路 (5)

2.差分放大电路 (6)

四、实验过程 (7)

1.双电源反相加法器电路 (7)

(1) 双电源反相加法器直流测试电路 (7)

(2) 双电源反相加法器交流测试电路 (16)

(3) 双电源反相加法器动态范围测试 (22)

2.单电源反相加法器电路 (29)

3.双电源同相加法器电路 (29)

(1) 双电源同相加法器直流测试电路 (29)

(2) 双电源同相加法器交流测试电路 (37)

4.单电源同相加法器电路 (42)

5.双电源差分放大器电路 (43)

(1)双电源差分放大器直流测试电路 (43)

(2)双电源差分放大器交流测试电路 (50)

6.单电源差分放大器电路 (56)

五、实验结果 (57)

六、实验心得 (57)

加 法 器

一、实验目的

1.掌握运算放大器线性电路的设计方法。

2.熟悉掌握Multisim 软件对运算放大器进行仿真的用法及仿真分析的方法。

3.能正确判断和分析电路在仿真中的故障并正确解决。

4.理解运算放大器的工作原理。

二、实验设备

表1

序号 设备、材料 数量 备注 1 计算机

1台 2 Multisim 软件

1套

三、实验原理

１.加法电路

（1）反相加法电路

反相加法器电路是根据“虚断”和“虚短”的概念，运用节点电流法推导而出。 由“虚断”可得

n i f i i i i i +++== 21； 再根据“虚短”可得

1

11R u i i =

，222R u i i =

，…，n

in n R u i =； )(

2211n

in i i f f f o R u

R u R u R i R u +++-=-= 。

图1 反相加法运算电路

R为平衡电阻，阻值为输入端所有电阻的反相加法电路亦可以由叠加原理进行推导，

4

并联值。

（2）同相加法电路

同相放大器的推导与反相放大器类似，同样使用“虚断”和“虚短”的概念，可由叠加原理和节点电流法推导而出：

o f

U R R R

U ?+=

2；

)(212

12

21i i i U U R R R U U -?++

=

22

11

1212i i U R R R U R R R ?++?+=

；

令21U U =，解上式得)(

22

11

1212i i f

o U R R R U R R R R

R R U ?++?++=

；

当f R R R R ===21时，有21i i o U U U +=。

图2 同相加法运算电路

2.差分放大电路（减法电路）

差分放大电路是使用“虚断”和“虚短”的概念，由叠加法推导而出：

2

4

34

in U R R R U ?+=

+；

o

in U R R R U R R R U ?++?+=

-2

11

1212 ；

又因为-+=U U ，整理后得：

1

1

224341210in in U R R

U R R R R R R U ?-?+?+=

；

当31R R =，42R R =时有)(211

2

in in o U U R R U --

=。

图3 差分放大运算电路

四、实验过程

1.双电源反相加法器

（1）双电源反相加法器直流测试电路

在电脑中运行Multisim 软件并新建仿真文件，选用集成运算放大器LM358系列中的LM358AD ，选用E24系列的电阻，设定运算关系:)25(21i i O U U U +-=，输入阻抗

Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521，电源为Ec 为5±V ，负载阻抗Ω=K R L 1.5，信号为V U V U i i 5.0,5.021±=±=的直流稳压电源。搭出双电源反相加法器电路原理图，并进行

仿真。

○1当V U V U i i 5.0,5.021+=+=时

图4 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021+=+=时原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图5 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021+=+=时仿真仪器接法及万用表读数

由于均为直流电压，所以并未使用示波器，数据不够精确，但从万用表的读数中依旧可以看出设定的运算关系初步确定能够实现，误差较小。

○2当V U V U i i 5.0,5.021-=+=时

图6 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021-=+=时原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图7 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021-=+=时仿真仪器接法及万用表读数

由于均为直流电压，所以并未使用示波器，数据不够精确，但从万用表的读数中依旧可以看出设定的运算关系再次确定能够实现，误差较小。

○3当V U V U i i 5.0,5.021+=-=时

图8 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021+=-=时原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图9 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021+=-=时仿真仪器接法及万用表读数

由于均为直流电压，所以并未使用示波器，数据不够精确，但从万用表的读数中依旧可以看出设定的运算关系基本确定能够实现，误差较小。

○4V U V U i i 5.0,5.021-=-=时

图10 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021-=-=时原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图11 双电源反相加法器电路V U V U i i 5.0,5.021-=-=时仿真仪器接法及万用表读数

由于均为直流电压，所以并未使用示波器，数据不够精确，但从万用表的读数中依旧可以看出设定的运算关系确定能够实现，误差较小。

（2）双电源反相加法器交流测试电路

在电脑中运行Multisim 软件并新建仿真文件，选用集成运算放大器LM358系列中的LM358AD ，选用E24系列的电阻，设定运算关系:)25(21i i O U U U +-=，输入阻抗

Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521，电源为Ec 为5±V ，负载阻抗Ω=K R L 1.5，信号

的正弦波有效值为频率的稳压直流源为V K H z U V U i i 1.0,1,5.021±。搭出双电源反相加法器电路原理图。

○

1当V KHz U V U i i 1.0,1,5.021有效值为频率+=的正弦波时

图12 V U i 5.01+=,2i U 为频率KHz 1，有效值V 1.0的正弦波时的原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图13 V U i 5.01+=,2i U 为频率KHz 1，有效值V 1.0的正弦波时

仿真仪器接法及万用表读数

图14 V U i 5.01+=,2i U 为频率K H z 1，有效值V 1.0的正弦波时的仿真示波器读数 仿真结果表明电路运行正常，设定的运算关系能够实现，波形输出正常放大没有失真。且误差较小。

○2当V KHz U V U i i 1.0,1,5.021有效值为频率-=的正弦波时

图15 V U i 5.01-=,2i U 为频率KHz 1，有效值V 1.0的正弦波时的原理图

接入仿真仪表中的万用表和示波器，并进行仿真。

图16 V U i 5.01-=,2i U 为频率KHz 1，有效值V 1.0的正弦波时

仿真仪器接法及万用表读数