天津职业技术师范学院集成运算放大器的非线性应用
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天津职业技术师范学院集成运算放大器的非线性应用,毕业设计论文
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天津职业技术师范学院函授部 毕业设计任务书 设计课题： 集成运算放大器的非线性应用 限幅电路 设计人：张祝强、张俊华、白伟亮、陈军 专 业： 机电技术教育 学 制：三年 函授站：广东省轻工技校 nts 目录 1、 前言 -1 2、 一般限幅电路 -2 3、 高输入阻抗限幅电路 -8 4、 高精度限幅电路 -10 5、 输出能带载限幅电路 -12 6、 电路板制作图 -14 7、 材料名细表 -15 8、 实验报告 -16 9、 总结 -20 nts 前言 运算放大器原先是电子模拟计算机的一种基本部件，它本质上是一种高增益放大器，在外部反馈网络的配合下，它的输出与输入电压（或电流）之间可以灵活地实现各种特定的函数关系，因而具有不同信号进行组合、运算和处理等功能。 集成运算放大器的出现，使电路设计人员从此摆脱了制作一般放大器所必需从 电路设计、元件选配直到组装调整的繁重负担，现在集成运算放大器已经作为一种商品可供设计人员直接选用了，如今运算放大器的应用遍及自动控制、自动测量、计算技术、电信和无线电等几乎一切领域。 集成运算放大器主要有三种：反相运算放大器、同相运算放大器、差动运算放大器。在集成运算放大器的各种应用情况分别为：信号运算电路、信号处理电路、信号发生电路、信号变换电路、测量电路、有源校正电路和调节器。限幅电路正是集成运算放大器在信号处理电路中的非线性应用。限幅电路可分为四种：基本限幅电路、高精度限幅电路、高输入阻抗限幅电 路、输出能带载限幅电路。在此只介绍四种限幅电路的特点、输入与输出的关系、电路的计算，四种电路的电路板的设计，元件的选用、电路板的制作、并对电路进行调试，用实验来证明限幅电路的特点、输入与输出的关系，绘出限幅电路的输入与输出的曲线图。 nts 基本限幅电路 普通二极管限幅电路 一、限幅电路 当输入信号进入限幅区后，输出信号不再跟随输入信号变化，而保持在某个固定值上。 二、普通二极管限幅电路 1、普通二极管限幅电路的组成 把二极管和电阻分压器组合起来，并接在运算放大器的反馈回路中，就组成了普通的二极管双向限幅器。 2、电路原理图 3、电路原理的分析 （ 1） 当输入信号较小时，二极管 D1和 D2被外接电源封锁，处于截止态，电路可简化为（ a）图这时电路进行反相比例运算，闭环增益为 nts fFSRSCF RRUUK （ 2）随着输入信号正向增大，输出电压变得愈来愈负，当 U1下降到 -UD1时，D1导通， D2截止，简化电路图为 (b)D1刚导通时的输出电压为 11212 1 Dd URREcRRE 12 / RERURRU sc cfsrF 则输入 输出特性斜率为 fFsrsc R RRdUdU /2又因为 RFR2 所以 fsrsc RRdUdU 2nts （ 3）当输入信号愈来愈负，将使 D2 导通， D1 截止，电路可简化为 (c) D2开始导通时的输出电压为 23434 1 Dg URREeRRE 34 / REeRURRU scfsrF 则输入 输出特性斜率为 fFsrsc R RRdUdU /4又因为 RFR4 所以 fsrsc RRdUdU 4nts （ 4）输入 输 出特性 （ 5）电路的特点 优点：限幅电压调节方便，二极管的极间电容较小，工作频率高。 缺点：限幅电压受环境温度的影响较大，二极管处于反向偏置状态时它的漏电流将影响闭环增益。 基本限幅电路 双向稳压管限幅电路 1、电路原理图 nts 2、原理分析： 当输出电压 Usc 末达到 Dw 的稳定电压 Ew 时，应用电路处于反相比例运算状态，当 Usc达到 Ew时， Dw投入工作将输出电压限幅，则限幅电压为： Eg=Ew KF=fFsrsc RRUU Ed=-Ew 3、限幅特性斜率 DW 的动态电阻为 rw，则限幅区特性斜率为： fwFR rRdUsrdUsc /4、限幅特性曲线图 5、电路的特点 优点：电路简单，限幅区的特性平坦的 缺点：放大区斜率受稳压管漏电流的影响，反向击穿特性不陡直，限幅电压不准，正负限幅电压不对称，限幅电压调节不便。 nts 高阻抗限幅电路 1、电路原理图 2、反馈电阻： RF=RF1+RF2+RF1 RF2/RF3 3、闭环增益 ：fFFFFFF RRRRRRU s rU s cK 32121 4、限幅电压 ：EwEdEwEg 5、限幅斜率 ： fFFFFFfFRRRRRRRRdU s rdU s c 32121 nts 6、电路特点： 利用 T 型网络的三个小电阻可获得很大的反馈电阻，从而提高较高的增益幅值。又可避免采用高值电阻。 nts 高性能限幅电路 要使限幅电路的工作特性斜率比较陡直的线段上，并在限幅电压的极性 变化时，工作电流方向保持不变，无凝能提高限幅的精度和改善对称性，将稳压管桥式电路并接在运算放在器的反馈电路中就能达到这个目的。 1、 电路原理 图： 2、闭环增益 ： KF=fFsrsc RRUU 3、限幅电压 ： Eg=Ew+UD2+UD4 Ed=-（ Ew+UD1+UD4） 当四只二极管正向压降相等时则 UD1=UD2=UD3=UD4=UD 则 Eg=-Ed=Ew+2UD 4、特性斜率 ：fFRRdUsrdUsc nts 5、输入输出特性曲线 nts 输出能带负载限幅电路 1、电路原理图 ： RF=RF1+RF2+RF1 RF2/RF3 2、闭环增益：fFF RRUsrUscK 2 3、限幅电压： Eg=-Ed=2（ Ew+2UD） 4、特性斜率：fFRRdUsrdUsc 5、闭环增益： KF=fFsrsc RRUU 26、限幅电压 Eg=-Ed=2(Ew+2Ud) 7、特性斜率 ：fFRRdUsrdUsc nts 8、输入输出特性曲线 nts 电路板设计原理图 nts 元件名细表 序号 元件名称 型号、
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