01运算放大器16个基本运算电路设计

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100mv100.008mv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。1.14半波整流电路图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电路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。1.16三运放构成的放大器图16三运放构成的放大器电路中，,，输出电压为：当时，中电流为零，输出电压为零。可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。2仿真结果图17反相比例运算电路仿真图18反相求和运算电路仿真图19电压跟随器电路仿真图20加减运算电路仿真图21积分运算电路仿真图22微分运算电路仿真图23二阶低通滤波电路仿真图24二阶高通滤波电路仿真图25二阶带通滤波电路仿真图26二阶带阻滤波电路仿真图27过零电压比较电路仿真图28滞回比较电路仿真图29音响的音调控制电路仿真图30半波整流电路仿真图31全波整流电路仿真图31三运放构成的放大器电路仿真二、设计心得与总结集成运放在电路中的作用十分之多，并且完成