01运算放大器16个基本运算电路设计.doc

运算放大器16个基本运算电路设计 一、集成运算放大器放大电路概述 集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分……）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。 1.1反向比例电路 第1题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。 输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能 -5v -5v 反向比例运算电路 1.2反向求和加法电路 第2题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。 输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能 -3v -2.999v 反向加法求和运算 1.3电压跟随电路 第4题 电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。 输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能 100mv 100.008mv 同相比例运算 这是一个电压跟随器： 1.4加减运算电路 加减运算电路如图4所示，输入信号、分别加在反相输入端和同相输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。 输出电压为： 图4加减运算电路 1.5积分运算电路 其输出电压为： 式中，为电路的时间常数。由于受到集成运放最大输出电压的限制，选择、参数3，其值必须满足： 图5积分运算电路 1.6微分运算电路 图6微分运算电路 电路的输出电压为为： 式中，为微分电路的时间常数。若选用集成运放的最大输出电压为,则的值必须满足： 1.7二阶低通滤波电路 图7二阶低通滤波电路 滤波器的传递函数为： 通带增益 截止频率为： 品质因数 1.8二阶高通滤波电路 图8二阶高通滤波电路 滤波电路的传递函数为： 通带增益 固有角频率 品质因数 1.9二阶带通滤波电路 图9二阶带通滤波电路 带通滤波器的中心频率： 等效品质因数 通频带 式中，为同相比例放大电路的电压增益。同样要求必须小于3，电路才能稳定工作，当时，带通滤波器具有最大电压增益，其值为： 1.10二阶带阻滤波电路 图10二阶带阻滤波电路 带阻滤波器的中心频率、等效品质因数Q以及同频带BW分别为： ，， 式中，，为同相比例放大电路的电压增益。若，则，增加时，Q将随之升高。当趋近2时，Q趋向无穷大。而带阻滤波器的品质因数越大，阻带宽度越窄，其阻带特性越接近理想状态。 1.11过零电压比较电路 图11过零电压比较电路 令参考电平U=0，则输入信号与零比较，当输入电压过零时，比较器发生翻转。0，输出则为低电平；而0，输出则为高电平。这种电路可作为零电平检测器。该电路也可用于“整形”，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。 1.12滞回比较电路 图12滞回比较电路 路有两个阀值电压，输入电压从小变大过程中使输出电压产生跃变的阀值电压,不等于从大变小过程中使输出电压产生跃变的阀值电压，电路具有滞回性。 从集成运放输出端的限幅电路可以看出，。集成运放反相输入端电位，同相输入电位 令，求出的就是阀值电压，得 当输入电压与输出电压在E点合成的电压过零时，比较器发生翻转。 电路翻转时=0，代入上式有： 1.13音响的音调控制电路 图13音响的音调控制电路 其实质是对放音通道频响特性实施控制。音调的控制不像音量控制,它只对某一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整个音频信号频率范围进行同步控制。 图14半波整流电路 由反相比例运算电路和二极管的性质可知，电路是通负值的交流电，当输入电压为正值时输出电压为0，当输入电压为正值是输出电压为： 1.15全波整流电路 图15全波整流电路 全波整流是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。　全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场合。 图16三运放构成的放大器