ag真人 运算放大器应用电路_工程_高等教育_教育区

日期:2021-03-15 15:12:45 浏览量: 71

运算放大器应用电路的设计与生产之一。实验目的1.掌握运算放大器和滤波器电路的基本工作原理; 2.掌握使用运算放大器实现滤波器电路的原理和方法; 3.将使用Multisim10对电路进行仿真和分析;二。实验内容1.解释运算放大器和滤波器电路的基本工作原理; 2.说明使用运算放大器实现滤波器电路的原理和方法; 3.使用Multisim10模拟和分析二阶有源低通滤波器电路;三。实验仪器1. PC,支持Win2000 / 2003 / Me / XP / vista; 2. Multisim10软件; 4.实验原理(一)运算放大器1.原理运算放大器是目前使用最广泛的器件。当外部连接不同的线性或非线性元件以形成输入和负反馈电路时,它可以灵活地实现各种特定功能。在线性应用中,它可以由模拟运算电路组成,例如比例运算,加法运算,减法运算,积分运算,微分运算,对数运算等。运算放大器通常由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运算放大器的输入和输出端子图图1是运算放大器的特性曲线,通常仅使用曲线的线性部分。如图2所示,对应于U-的端子为“- “亚博买球 ,当仅将输入U-加到该端子时,输出电压就会与输入电压U反相,因此称为反相输入端子。

与U +对应的端子为“ +”。当仅从该端子添加输入U +时,输出电压与U +同相,因此称为同相输入端子。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)。在实际应用中,运算放大器通常是理想的。这是因为通常来说,运算放大器的输入电阻很大,开环增益也很大,而输出电阻很小。可以认为它是理想化的,因此您可以获得:开环电压增益Aud =∞;输入阻抗ri =∞;输出阻抗ro = 0;带宽fBW =∞;偏移和漂移是理想的参数,例如零。 2.线性应用中理想运算放大器的两个重要特性输出电压UO和输入电压之间的关系满足以下关系:UO = Aud(U + -U-),因为Aud =∞,并且UO是一个有限值,因此,U + -U-≈0。即,U +≈U-,称为“虚拟短路”。由于ri =∞,因此流入运算放大器两个输入端子的电流可以视为零乐鱼app ,即IIB = 0,这被称为“虚拟断开”,这表明运算放大器吸收的电流很小。前阶段。以上两个特性是分析理想运算放大器应用电路的基本原理,可以简化运算放大器电路的计算。 3.运算放大器的应用(1)比例电路的所谓比例电路是按比例放大输入信号的电路。比例电路分为反向比例电路,同相电路(a)反向反向比例电路如图3所示,并且将输入信号添加到反向输入端子:图3反向比例电路电路图对于理想的运算放大器,其之间的关系输出电压和电路的输入电压为:UO =?为了减少由输入级的偏置电流引起的计算误差亚博app ,Rf Ui R1应通过平衡电阻R'连接到同相输入端子。 = R1 //射频。

输出电压U与输入电压U成正比。反之,改变比例系数,即改变两个0 i电阻器的电阻可以改变输出电压的值。反比例电路对输入信号的负载容量有一定要求。 (b)同向比例电路同向比例电路如图4所示,与反向比例电路基本相同,不同之处在于同向接地部分是反向输入端子:图4相同电路的电路图相示例电路其输出电压和输入电压之间的关系为:UO =(1 + Rf)U i R1; R'= R1 //只要比例系数改变,RF就能改变输出电压,并且Ui和U0的方向相同。放大器的共模抑制比很高。 (c)差分比例电路差分比例电路如图5所示,将输入信号分别添加到反相输入和同相输入:图5差分比例电路的电路图输入和输出之间的关系为:UO =?Rf(U i2?Ui1)R1可以看到它实际上完成了两个输入信号的差运算。 (2)求和/差分电路(a)反相求和电路的电路图如图6所示(输入端子的数量可以根据需要进行调整):图6电阻R满足的反相求和电路图:R'= R1 // R2 // R3 // Rf输出电压与输入电压之间的关系为:?Rf?Rf Rf?U 0 = ?? U + U + U i 1 i 2 i 3?R? RR 2 3?1?它的特性与反相比例电路相同,通过改变某个电路的输入电阻来改变电路的比例关系而又不影响其他支路的比例关系,非常方便。

(b)同相求和电路的电路如图7所示(输入端子的数量可以根据需要进行调整):图7输出电压与同相输入电压之间的关系求和电路是:? U i1 U i 2 U i3 ?? U 0 = Rf ?? R + R + R?公元前?? (c)求和与差电路的电路图如图8所示。该电路的功能是将Ui 1、 Ui2求反,然后同相求和Ui 3、 Ui4,然后叠加到得到总和和差额。结果。图8求和与差电路图其输入和输出电压之间的关系为: U i3 U i 4 U i1 U i 2? U 0 = Rf ?? R + R? R? R ?? 4 1 2 ?? 3由于此电路带有集成运算放大器,其电阻计算和电路调整不方便,因此我们经常使用两级集成运算放大器来形成和差电路。其电路图如图9所示:图9两级积分和差分电路图其输入和输出电压之间的关系是:它的后级对前级没有影响(使用理想的集成运算放大器),其后级对前级没有影响。计算非常方便。 (3)积分电路和差分电路(a)积分电路其电路图如图10所示:它利用电容器的充电和放电来实现积分运算,从而可以实现积分运算并生成三角波。

图10积分电路图输入和输出电压之间的关系是:(b)差分电路t = 0 t0表示电容器两端的初始电压值。如果电路的输入电压波形为方波,则?1 u0 = ui dt + ucRCt1∫产生三角波形输出。微分是积分的逆运算,其输出电压与输入电压具有微分关系。该电路如图11所示:图11差分电路图u0 =?R其输入和输出电压之间的关系是:(4)对数和指数运算电路(a)对数运算电路对数运算电路是输出电压It是输入电压的对数函数,我们用二极管或三极管代替反比例电路中的Rf形成对数运算电路华体会体育 ,电路图如图12所示:图12对数运算电路其输入和输出电压之间的关系是(二极管也可以用三级管代替):u0≈?U r lnui RI S(b)指数运算电路指数运算电路是对数运算的逆运算,而二极管(3可以与电阻R互换。电路图如图13所示:指数输入和输出电压之间的关系图13中的实际计算电路为:u 0 =?IS Re和其他非线性计算电路。 (二)无源滤波器电路Ui ur使用对数和指数计算,比率和差值计算电路形成乘法或除法计算电路。滤波器电路功能:允许指定范围内的信号通过;并使指定范围外的信号通过不及格。

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滤波器电路的分类:*低通滤波器:允许低频信号通过并衰减高频信号; *高通滤波器:允许高频信号通过,并衰减低频信号; *带通滤波器:允许特定频率范围内的信号通过,并且该频带之外的信号被衰减; *带阻滤波器:防止特定频率范围内的信号通过,并允许衰减该频带之外的信号;电感构成的滤波电路是无源滤波电路,它具有电路增益小,驱动负载能力差等缺点,为此,需要学习有源滤波电路。 (三)有源滤波器电路有源滤波器是指由放大器,电阻器和电容器组成的滤波器电路,可用于信息处理亚博直播 ,数据传输,干扰抑制等。但是,由于运算放大器的频带限制, ,该滤波器主要在低频范围内使用。[1)一阶有源低通滤波器的电路如图14-a所示,它由第一级RC低通的输出组成。电路,然后连接至同相输入比例放大器,频率特性如图14-b所示,在通带外,衰减20dB /十倍频程:1234Rf R1D0 -3C理想+ viR Cvo实际-20dB /十倍频程-20110ω /ωo图14-a图14-b一阶有源低通滤波器电路的幅频特性。该电路的传递函数为:CAv(jω)= Vo(jω)Avo R1 = = Vi(jω)1 +jω1 +jωω0ω0B1+ Rf其中ω0 = Avo 1称为截止角频率,传递函数模量为Av(jω)= RC 1 +(ωωo)2振幅角为? ω0。

(2)二阶有源滤波器电路BA为了更快地降低输出电压以提高滤波效果运算放大器 应用,增加了一部分RC低通滤波器,称为二阶有源滤波器电路,称为二阶有源滤波器电路,其滤波效果优于一阶低通滤波器,二阶有源滤波器的典型结构如图15所示:1 2 3A图15二阶有源滤波器的典型结构为Y1〜Y5导纳考虑到UP = UN,相应的节点方程式可为:在节点A处:在节点B处:1 2 3 4(UA ?U i)Y1 +(UA?UO)Y2 + U AY3 +(UA?UP)Y4 = 0(UP?UA)Y4 + UP Y5 = 0结合以上两个方程式:? )(Y1 + Y2 + Y3 + Y4)?Y4 ?? U i Y1?U OY2 = 0?Y4?考虑:UP≈UN = UO(然后:Ra)R a + RbA(S)= UO(S)AUF Y1Y 4 = U i(s)Y5(Y1 + Y 2 + Y3 + Y4)+ [Y1 + Y 2(1?AUF)+ Y3] Y 4A(S)是th的一般表示二阶电压控制电压源滤波器的电子传递函数。

只要易(I = 1〜5)中选择适当地,有源滤波器如低通,高通,带通,等可以被构造。5.实验步骤1.设置Y1 = 1 / R1运算放大器 应用,Y2 = sC1,Y3 = 0,Y4 = 1 / R2,Y5 = sC2,将它们代入A(S),则二阶电压控制电压源低通滤波器的传递函数可以是获得如下:1 U(S)R 1 R2 C1C 2 A(S)= O = S [R2 C 2 + R1C 2 + R1C1(1?AUF)] 1 U i(S)S2 + + R1 R2 C1C 2 R1 R2 C1C 2AUF?= AUF R1R2C1C 2 S +(R2C2 + R1C 2 + R1C1(1? C 2(R1 + R2)+ R1C1(1?AUF)U(S)A(S)= O = U i(S)2 AO AOωn = S 2 1 Sω2()+?+1 S 2 + n S +ωnωnQωnQA低阶滤波器的传递函数的典型表达式。

其中,ωn是特征角频率,而Q称为等效品质因数。 2.启动Multisim10,并在工作区域中构建一个二阶有源低通滤波器,如图16所示。XBP1 47nF C1 VCC 12V R110kΩ1%Ui 0. 5 Vpk 100kHz 0 R214inoutA1510kΩ1%C2 47nF23554BM3V EE -12V Rb 2 7.4kΩRa 1%4 7.5kΩ1%图16二阶有源低通滤波器电路3.启动仿真,单击Bode绘图仪,您可以看到幅度-频率二阶有源低通滤波器的特性,如图17所示。图17二阶有源低通滤波器的幅度-频率特性4.使用AC分析来分析二阶有源低通滤波器的频率特性低通滤波器电路。分析步骤如下:①单击选项→首选项→显示节点名称,使图16中的电路显示节点号,该电路的输出节点号为2。 ②单击“模拟”→“分析”→“交流分析”,弹出“交流分析”对话框,进入交流分析状态。在“频率参数”参数设置对话框中,如图18所示,确定开始频率,结束频率,扫描形式,分析采样点数和分析的垂直刻度。

其中:在“开始频率”窗口中,设置分析的开始频率,默认设置为1Hz,在此示例中,它设置为1Hz。图18“频率参数”参数设置对话框在“停止频率”(FSTOP)窗口中,设置扫描结束频率,默认设置为10GHz,在本示例中为10KHz。在“扫描类型”窗口中,设置分析的扫描模式,包括十年(十年扫描),八度(八度扫描)和线性(线性扫描)。默认设置是十进制扫描(“十年”选项),以对数显示。在此示例中,选择了默认设置。在“每十进制的点数”窗口中,设置每十进制频率的分析样本数。默认值为10。在本示例中,选择默认设置。在“垂直比例”窗口中,选择纵坐标比例格式:坐标比例格式包括分贝(分贝),八度(八次),线性(线性)和对数(对数)。默认设置为对数。在此示例中,选择了默认设置。 ③在图19所示的“输出”对话框中,可用于选择要分析的节点和变量。

“电路中的变量”列中列出的是可用于电路中分析的节点和变量。单击电路中变量窗口中的向下箭头按钮,以给出变量类型选择表。在变量类型选择表中:单击电压和电流以选择电压和电流变量。单击电压以选择电压变量。单击当前以选择当前变量。单击设备/模型参数以选择组件/模型参数变量。单击所有变量以选择电路中的所有变量。在此示例中,选择“所有变量”。首先从“电路中的变量”列中选择输出节点2,然后单击“添加”,然后输出节点2出现在“选定的要分析的变量”列中,如图19所示:图19“输出”对话框④单击“模拟”按钮以执行模拟分析。例如,仿真分析结果如图20所示。图20二阶有源低通滤波器电路VI的仿真分析结果。实验报告要求1.根据图15中提供的滤波器模型,设计一个二阶有源电压控制电压源高通滤波器,并进行仿真分析。要求:(1)计算二阶电压控制电压源高通滤波器的传递函数;(2)设计其电路图;([Multisim10中的3),执行电路的幅频特性和AC Analysis仿真分析;