运算放大器应用研究电路的设计与制作58604.docVIP

运算放大器应用电路的设计与制作 实验目的 掌握运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 掌握运用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 会用Multisim10对电路进行仿真分析； 实验内容 讲解运算放大器和滤波电路的基本工作原理； 讲解用运算放大器实现滤波电路的原理方法； 用Multisim10对二阶有源低通滤波电路进行仿真分析； 实验仪器 支持Win2000/2003/Me/XP/vista的PC机； Multisim10软件; 实验原理 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U-对应的端子为“-”，当输入U-单独加于该端子时，输出电压与输入电压U-反相，故称它为反相输入端。U+对应的端子为“＋”，当输入U+单独由该端加入时，输出电压与U+同相，故称它为同相输入端。 输出：U0= A(U+-U-) ； A称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益Aud=∞；输入阻抗ri=∞；输出阻抗ro=0；带宽fBW=∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压UOUO＝Aud（U+－U－）,由于Aud=∞，UO为有限值，因此，U+－U－≈0。U+≈U－，称为“虚短”。 由于ri=∞，IIB＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R’＝R1 // RF 。 输出电压U0与输入电压Ui称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: 图4 同相比例电路电路图 它的输出电压与输入电压之间的关系为： ； R’＝R1 // RF 只要改变比例系数就能改变输出电压，且Ui与U0的方向相同，同向比例电路对集成运放的共模抑制比要求高。 (c) 差动比例电路 差动比例电路如图5所示，输入信号分别加在反相输入端和同相输入端: 图5 差动比例电路电路图 其输入和输出的关系为： 可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算。 (2)和/差电路 (a)反相求和电路电路图如图所示（输入端的个数可根据需要进行调整） 图6 反相求和电路图 其中电阻R 它的输出电压与输入电压的关系为： 它的特点与反相比例电路相同可十分方便的某一电路的输入电阻，来改变电路的比例关系，而不影响其它路的比例关系。(b)同相求和电路（输入端的个数可根据需要进行调整） 图7 同向求和电路图 它的输出电压与输入电压的关系为： 它的调节不如反相求和电路，而且它的共模输入信号大，因此它的应用不很广泛。(c)和差电路电路图如图所示此电路的功能是对Ui1、Ui2进行反相求和，对Ui3、Ui4进行同相求和，然后进行的叠加即得和差结果。 图8 和差电路图 它的输入输出电压的关系是：由于该电路用一只集成运放，它的电阻计算和电路调整均不方便，因此我们常用二级集成运放组成和差电路。它的电路图如图所示 它的输入输出电压的关系是：???????它的后级对前级没有影响（采用理想的集成运放），它的计算十分方便。 积分电路和微分电路(a)积分电路??电路图如图所示：它是利用电容的充放电来实现积分运算可实现积分运算及产生三角波形等。它的输入、输出电压的关系为： 其中:表示电容两端的初始电压值如果电路输入的电压波形是方形，则产生三角波形输出(b)微分