减法器设计与制作.doc

应用物理专业减法器设计与制作减法器设计与制作 专业：应用物理学 中文摘要：在很多物理实验中减法器已成为必不可少的仪器，尤其是光信号的探测与分析。本文将在简单介绍集成运放的基础上，引入减法电路的设计原理并详细分析其构成以及运放特性，并进一步根据实际要求，对实验中要用到的减法电路进行优化处理，使其达到实验要求，为实验的顺利进行做好准备。本实验在优化方面将主要论述如何使电路增加滤波功能，减小背景噪声，以电路的信噪比大大提高。关键词：减法电路，输入信号，输出信号，电压放大倍数Abstract : in many physics experiments subtraction tool has became a requisite tools, above all light signal probe and analyze, our this text will introduce integrated fundamentally ,to pull into subtraction circuit design theory and analyze its property ,and basis reality require, optimize to handle subtraction circuit ,make it reach experiments require ,keep our power dry the experiment .in our experiments, we will treatise how to raise filtration function, subtracting noise background in optimize faces , to make circuit signal-to-noise greatly raise.Key words :subtraction circuit , input signal , output signal , voltage enlarge mutiple目录中文摘要与关键词(1)英文摘要与关键词(1)目录(2)1.引言(3)2.减法器设计原理(3)2.1.加法电路(3)2.2.减法电路(4)2.2.1.利用反相求和以实现减法运算(4)2.2.2.利用差分式实现减法运算(4)3.滤波电路设计(5)4减法器与滤波电路相结合.(7)5.小结.(9)6.参考文献.(9)1、 引 言信号处理电路的内容比较广泛，包括有源滤波、精密二极管整流电路、电压比较器和取样-保持电路等。而这些信号处理电路都是由最基本的集成运放电路经过综合设计而成的。因此对基本集成运放电路的熟悉和应运尤为重要。基本集成运放电路有加、减、积分和微分等四种运算。一般是由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。在分析这些电路时，要注意输入方式，判别反馈类型，并利用虚短、虚断的概念，得出近似的结果，然后联系实际，做些补充。本文主要介绍基本集成运放中的减法电路原理以及如何使其具有滤波功能，然后就具体实验给出器减法器电路设计图。2、 减法器设计原理 减法电路可以由反相加法电路构成，因此首先引入加法电路。 图1 加法电路 21.加法电路如果将两个电压相加，可以利用图1所示电路来实现，这个电路接成反相放大器。利用虚短和虚断的概念，N接点的接点方程为： （1）或者 （2）由此得 （3）当时，式（3）变为 （4）如图1所示的电路可以扩展到多个输入电压相加。22. 减法电路221利用反相信号求和以实现减法运算如图2所示，第一级为反相比例放大电路，若，则；第二级为反相加法电路，则可导出图2 用加法电路构成减法电路 （5） 如果，则（5）式变为 （6）222利用差分式电路以实现减法电路图（3）所示式用来实现两个电压相减的电路，从电路结构上来看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。在理想运放情况下，电路看成虚短现象，由此可得节点方程： （7）及 （8）图3 用单一运算放大器实现减法运算其中 ，由是（7）解得，然后带入式（8）可得： （9）在上式中，如果满足的关系，输出电压可简化为： （10）此差分式减法电路由于制作简单，故成为实验首选，广泛应运于各种信号的减法运算。3 滤波电路设计原理由于实际电路中各种不可避免因素的影响，电路中存在噪声在所难免。因此降低电路的信噪比显得尤为重要。降低电路的信噪比归根结底是降低噪声的影响，我们主要通过滤波电路来实现这一目标。图4 低通滤波器 滤波器分为无源滤波器和有源滤波器。如图4所示为一无源低通滤波电路当信频率趋于零时，电容的容抗趋于无群大，顾通带大倍数为 频率从零到无穷大时的电压放大倍数 令，则上式变换为其模为 当时，有 当时，频率每升高10倍，下降10倍，即过渡带的斜率为20dB/十倍频。当如图4所示电路带上负载后，通带放大倍数变为式中为负载电阻电压放大倍数表明，带负载后，通带放大倍数数值减小，通带截止频率升高。可见，无源滤波电路的通带放大倍数及其截止频率都随负载变化，因而多数情况下引入有源滤波电路。 简单一阶有源滤波电路如图5所示。图5 低通滤波器 该电路的传输特性如下 通带放大倍数为 令当时，曲线按-20dB/十倍频下降。4减法器与滤波电路的结合如果将减法电路和滤波电路结合起来，就可以构成相对理想的电路。如图（7）电路输入电压经滤波后，再相减，实现高输入阻抗、低输出阻抗。图8 三集成块低通滤波器图7（2）双集成块低通滤波器图7（1） 双集成块低通滤波器图（7）中个参数如下：， 如图（8）所示为三集成块滤波减法电路，该电路参数如下：， 。该电路的优点是完全可以实现高输入阻抗、低输出阻抗，且滤波效果最佳，但有其制作复杂且的缺点一般无特殊要求，我们不采用该电路。5小结本学期进行了减法器的设计与制作，首先进行了单集成块和双集成块低通滤波减法器的设计，并且在原有理论的基础之上进行了改进，使滤波的幅度变成可调。在解决噪声问题上采用的低通有源滤波电路，使减法器和滤波器有机的结合在一起。在制作完双集成块的滤波减法器之后，为了实现高输入阻抗，低输出阻抗且有更好的滤波效果，我们设计并制作了三集成块的减法滤波电路。以上的减法器都在实验中进行了测验，并且得到了很好的减法滤波效果，并且也发现，确实是三个集成块的比双集成块的，双集成块的比单个集成块的有更好的减法滤