哈工大模拟电子技术大作业一.doc

 PAGE \* MERGEFORMAT 8 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 实验要求： 用集成运算放大器实现下列运算关系： u0=2ui1+3ui2-5ui3dt 要求所用的运放不超过三个，元件要取标称值，取值范围为1kΩ=R=1MΩ , 0.1μF=C=10μF。画出电路图，并用Multisim进行仿真验证。 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 2ui1+3ui2 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 uo1=-(RfR1ui1+RfR2ui2) ui2 ui1 5kΩ 10kΩ 30kΩ uo1 15kΩ 为满足对应的放大条件，可设R1=15kΩ ; R2=10kΩ ; Rf=30kΩ 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： 题目中同时要求进行运算 5ui3dt ，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： u02=-1RC0tu1dt+U0(0) 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=15 ，且根据题目中的电容电阻的给定范围，可设：R=200kΩ C=1μF 。同时在运算放大器中，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200kΩ。则此时的积分部分的电路图如图所示： 200kΩ 200kΩ 1μF ui3 uo2 最后一部分电路要求将两部分的电压值相加。且对于ui1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积分运算电路，且根据运算的要求u0=2ui1+3ui2-5ui3dt ，所以在这里不用再取负号，要直接将uo2的结果与-uo1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示： uo2 uo1 10kΩ 10kΩ uo 10kΩ 10kΩ 则用如图所示的电路即可完成如上关系式所要求的功能，可列的方程有： uo1-uo10kΩ+10kΩ╳10kΩ+u0=uo210kΩ+10kΩ╳10kΩ 则可解得： uo=-uo1+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： 10kΩ 10kΩ uo 10kΩ 10kΩ ui2 ui1 200kΩ 200kΩ 1μF ui3 5kΩ 10kΩ 30kΩ 15kΩ 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之间的关系。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，首先是在积分电路输出为零的情况下，ui1和ui2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100mV。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ui1和ui2分别为200mV和-100mV时，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，仿真的结果是正确的，可以达到对应的运算要求。仿真结果如图所示： ui1和ui2输入信号 uo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ui3设为幅值为5V的方波，则积分后可以得到一定幅值的三角波。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： Vpp=5V200kΩ╳1s40Hz╳21μF=312.5mV 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308.461mV，说明积分部分的电路同样达到了题目中所要求的结果。 ui3和uo1输入信号 uo输出信号