20##级电子电路综合设计实验报告
实验名称： 实验4 指数运算电路的设计与实现
学生姓名： ****
班 级： *****
班内序号： ****
学 号： *****
日 期： 20##年4月7日
1．实验要求
1. 基本要求：设计实现一个指数运算电路，要求电路的输入输出满足指数运算关系
,本实验中设计的k=3.
2. 此外要满足：【1】电路的输入阻抗
≥100KΩ。
【2】.输入信号大小为0～15V
【3】设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）及印制电路板图（PCB）。
2. 设计思路及总体结构框图
【1】.设计思路：利用二极管的PN结的指数型伏安特性，实现对数运算。通过电阻与晶体管位置的互换实现反对数运算电路。加入温度补偿电路，消除温度对三极管参数的影响。利用运算放大器反向端的虚地特性，通过确定电路图中R5的值，使之满足
100k
【2】.原理框图如下：
（1）由对数放大器和反对数放大器及温度补偿电路
基本数学推导: 
两边取对数: 
调整相关参数使B=1 即
，本实验设置K=3
3. 分块电路和总体电路的设计
（1）基本对数运算电路
如图所示：利用虚地特性三极管Q2工作在
=0的临界放大状态
则： 
=
=
但该电路存在两个问题：①
必须为正则
为负，以使晶体管处于放大导通状态；②
，
都是温度的函数，其运算结果受温度影响很大，如何改善对数放大器的温度稳定性是实际应用中要解决的一个重要问题。一般改善方法是：用对管消除的影响；用热敏电阻补偿的温度影响。
（2）加温度补偿的对数放大器
图中:A1 ,TI 组成基本运算电路.A2 ,T2组成温度补偿电路
TI, T2两管的集电极电流分别为:
T2的基极电位为:
忽略T2的基极电流, 
则
选择TI, T2两管参数对称,
,则
这样,利用TI, T2两管特性的一致性,可将
的影响消除。
（3）加温度补偿的反对数放大器
由二极管特性可知：
同对数运算电路一样,为了消除温度对运算精度的影响,也要进行温度补偿有关方面的物理解释是相似的,无需重复。
值得指出的是, 对数放大器和反对数放大器的二极管,必须工作在正向偏压下,因此输入信号只能是单极性的。
完整的电路图如下：
图中：A1，T1，A4，T4组成基本运算电路。A2，T2，A3,T3组成温度补偿电路。
同样，T3、T4选用特性一致的三极管，则：
忽略T3基极电流，则：
要实现
，取
，
则R12=R15=100K，R6=R9=1.5M。所以，
。
其中，K=
，取R1=R4=1K，R2=4.55K，R3=15.7K。则K=3.009，
。
4.所实现功能说明及测试
实现的功能：
1.对应基本实验任务要求Ri≥100KΩ. 理论值Ri=R5=100K，在运放虚地特性良好的情况下 。输入阻抗的要求肯定满足的。
2.输入信号大小为0-2V的三角波 。 输入信号为1V时，输出信号为1V.
输入信号为2V时，输出信号为8V。最后的输入输出的李萨如图为标准的指数上升曲线。达到实验基本要求。
3.主要测试数据：
①Ui=1V Uo=1V；
②Ui=1.1V Uo=1.3V；
③Ui=1.2V Uo=1.7V；
④Ui=1.5V Uo=3.4V；
⑤Ui=2V Uo=8V。
4.测试及调试过程：
必要的测试方法:
在输入端接入的是函数信号发生器，用以输入三角波。运算放大器加入的是正负15V的直流电压。输入和输出端用示波器进行检测。输入信号源的三角波含直流成分（0-2V），输出结果的正确与否是通过用示波器对输入输出波形的李萨如图进行观测和分析来进行测试的。对对数电路和反对数电路要分级测试。
5. 总结
这次实验虽然课上只是连续4个周五的晚上16课时，但是课下自己利用实验室的开放时间努力了很久。通过第一次课学会DXP的使用，自己课下仿真调研，结合书本，设计了实验电路图。第二次课根据仿真的图自己在面包板上搭建了电路，通过仪器测试，得到了一个失真严重的波形。第三次课电路断路了，不断调试，但还是没有解决问题。之后再课下利用实验室周末开放时间，终于在第四次课验收前完成了电路，得到了一个比较符合的三次曲线波形。
通过这次实验，收获很多，首先是培养了自己动手，寻找问题解决问题的能力。实验用的OP07运放，都是自己上网调研使用方法和注意事项，DXP和Pspice都是自己上图书馆借书回来自学使用的。另外也增加了团队合作的能力，我们组只有两个人，虽然很少，但是我们一起探讨问题，解决问题，在面对波形失真严重的问题时，我们不断更换电容，并且在书上提供的电路图的输出端增加了一个电容，终于解决了失真的问题。
总体来说，通过这次实验，对对数放大器和反对数放大器有了较好的认识，也更好地理解了温度补偿对运算精度的影响。另外这次实验还让我发现了自己很多的不足点，今后需要更加努力学习，并加强实践，完善自我。
6.所用仪器及器件清单及PROTEL绘制的原理图及PCB制板图、电路实图
1．所用元器件：
集成运算放大器OP07（4个）
三极管8050（4个）
电阻：1.5MΩ(4个),100KΩ(4个),2KΩ(2个),1KΩ(2个),4.55KΩ
(1个),15.7KΩ(1个)
电容: 200pF(2个)，151pF(2个)，20pF(2个)
导线若干
2.仪器列表：
直流稳压电源 示波器 函数信号发生器 万用表（测量电阻及输出电压） 毫伏表 交流电流表
器件列表
第二篇：实验四 比例求和运算电路实验报告
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
1.数字万用表
2.信号发生器
3.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
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。
输入电压
经电阻R1加到集成运放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。输出电压
经RF接回到反相输入端。通常有： R2=R1//RF
由于虚断，有 I+=0 ，则u+=-I+R2=0。又因虚短，可得：u-=u+=0
由于I-=0，则有i1=if，可得： 
由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为： 
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
输入电压接至同相输入端，输出电压通过电阻RF仍接到反相输入端。R2的阻值应为R2=R1//RF。
根据虚短和虚断的特点，可知I-=I+=0,则有 
且 u-=u+=ui，可得：
同相比例运算电路输入电阻为： 
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
当R1=R2=R，则 
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。
理论计算： 得到电压放大倍数：
即：Ui=U+=U-=U
图1 电压跟随器
表1：电压跟随器
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：
图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）
（2）、按表3进行实验测量并记录。
表三：反相比例放大电路（2）
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：
图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）
表5：同相比例放大电路（2）
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
理论计算：UO=-RF/R*（Ui1+Ui2）
实验原理图如下：
实验结果如下：
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：
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。
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。