基于Mulitisim的集成運算放大器應用電路仿真綜述

1、電子課程實驗報告題目：基于 Mulitisim 的集成運算放大器應用電路仿真設計目的1集成運算放大電路當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負 反饋電路時，可以靈活地實現(xiàn)各種特定的函數(shù)關系，在線性應用方面，可組 成比例、加法、減法、積分、微分等模擬運算電路。2、本課程設計通過 Mulitisim編寫程序幾種運算放大電路仿真程序，通過輸 入不同類型與幅度的波形信號，測量輸出波形信號對電路進行驗證，并利用 Protel軟件對實現(xiàn)對積累運算放大電路的設計，并最終實現(xiàn)PC板圖形式。1、電路的理論知識1 反相放大器圖1中所示的電路是最常見的運放電路，它顯示出了如何在犧牲增益的條件下獲得穩(wěn)定，線性的

2、放大器。標號為 Rf的反饋電阻用于將輸出信號反饋作用于輸入端，反饋電阻連 接到負輸入端表示電路為負反饋連接。輸入電壓Vi通過輸入電阻Ri產(chǎn)生了一個輸入電路ii。電壓差 V加載在+、一輸入端之間，放大器的正輸入端接地。利用回路公式計算傳輸特性:輸入回路:ViiRiV反饋回路：VoutifRfV求和節(jié)點i1if iin(4)增益公式：VoutA? V(5)由以上4個式子可以得到輸出：Voutiin/Z (Vi/Ri)/Z(6)式中，閉環(huán)阻抗 Z=1/R f+1/ARf+1/Rf。反饋電阻和輸入電阻通常都較大(k )級，并且A很大(大于100000)，因此Z=1/Rfo更進一步， V通常很小(幾微伏

3、)且放大器的輸入阻抗Zin很大(大約10M )，那么輸入輸入電流(lin = A V/Zin)非常小，可以認為為零。則傳輸曲線變?yōu)椋篤out(Rf/RM (GM(7)式中，Rf/R1的比值稱為閉環(huán)增益 G,負號表示輸出反向。閉環(huán)增益可以通過選擇兩個電阻Rf和R1來設定。2 同相比例運放電路同向比例運放電路組成如圖2所示，將輸入電阻R1接地，并且將輸入信號加載道+輸入端。Rf11R1-1+uoui+圖2電壓在通過由反饋電阻Rf和輸入電阻電壓V-為：V (&/(尺 Rf)VoutR1組成的分壓電路的時候產(chǎn)生壓降，中間位置的(8)根據(jù)理想運放的性質1，運放的輸入電壓 V為零，因此Vin=V-。重新排

4、列公式Vout (1 Rf/RlMn(9)通用運放的閉環(huán)增益為 G=1+Rf/Ri，并且不會改變輸入信號的符號。從中可以看出電路 的輸入阻抗乙很大。乙 Zin(Ri/(Ri Rf)A(10)式中，Zin為實際運放的輸入阻抗(大約為20m ，且由于電路的開環(huán)增益 A很大，輸 出阻抗Z0趨緊于零，因此，同向比例運放電路能夠以有限的增益有效地對輸入電路進行緩 沖。3.運放積分電路U圖3圖3為運放積分電路示意圖。 在運放積分電路中，用電容器替換反饋電阻。 理想電容器 能夠存儲電荷(Q)，并且沒有漏電流。輸入電流通過求和節(jié)點對反饋電容器Cf進行充電。電容器上的電壓等于 Vt，電容器存儲電荷 Q=CV，即

5、Q=CfVout，并且電流 匸dQ/dt，可以得 到ifCf(dVout/dt)(11)將運放看做理想運放，i1=V in/R1，且i1 = I f,貝Vin / R1Cf(dVout/dt)(12)用積分的形勢表達：Vout(1/RCf) Vindt(13)輸出電壓為輸入電壓的積分乘以一個比例系數(shù)(1/RQf)。R的電位是歐姆，C的單位是法拉，RC的單位是秒。例如，一個 1uF的電容器和一個 1M的電阻組成的積分電路的時間常數(shù)為1秒。假設輸入電壓恒定，那么輸入電壓項可以從積分號中提出來，公式變?yōu)椋篤out(Vin/%Cf)t 常數(shù)(14)其中常數(shù)由初始條件確定，如在t=0時刻，Vout=Vo

6、。輸入電壓和時間為斜率為 一(V in/R1Cf)的直線。例如，當Vin = 1V ,C=1uF并且R=1M則斜率為1vot/sec。在運放達到飽和以前，輸出電壓按這個比例線性地變化。通過在反饋電 容器上加載初始電壓，能夠得到積分的常數(shù)項。同樣可以在積分開始或t=0時，定義初始條件Vout(0)=V constant,輸出電壓則從初始電壓開始增加或減少。通常情況下，初始電壓設定為 零。在反饋電容器上連接一根短接線，并在積分開始時移走，可以實現(xiàn)初始電壓為零。圖4圖4為運放加法電路原理圖。 運放加法電路是反相比例電路的變形，帶有兩個或更多的輸入信號。各個輸入電壓 Vi通過各自的輸入電阻 Ri連接到

7、各自的輸入電阻 Ri連接到運放的 -輸入引腳。運放加法電路滿足克希荷夫第二定律，即在任意瞬時，電路中任意節(jié)點流入流 出的電流和為零。在 V-這一點，h if iin 0。而且理想運放沒有輸入電流、沒有偏置 電流。在這種連接情況下，-輸入端通常稱為求和節(jié)點(Vs)。這個點的另一個表述為：在求和 節(jié)點上，所有的電流和為零。對于輸入回路111 Vi / Ri(15)對于輸入回路212 V2/R2(16)對于反饋回路if(Vout/Rf)(17)根據(jù)以上式子可得輸出VoutRf(y/R1)RfMR2)(18)如果R1 = R2=R，那么電路模擬了一個真實的加法電路。Vout(Rf/R)?M V2)(1

8、9)在Rf/R=1/2的特殊情況下，輸出電壓為輸入電壓的平均值。三、選用運放的理由：由于運放在電子中的必不可缺性，因此電子設計課老師針對身為大三的我們開設了這樣 的一門課程，針對運放做同相比例、反相比例、加法、減法、積分、微分電路，從而培養(yǎng)我 們的電子設計技巧， 以及對基礎電路的理解，將理論知識化作實際技巧，這門課針主要是提升我們對運放的使用技巧，對運放型號的選擇，對實際問題的解決能力。在此次的電子設計電路中我選擇的運放型號是：741放大器為運算放大器中最常被使用的一種，擁有反相向與非反相兩輸入端，由輸入端輸入欲被放大的電流或電壓信號，經(jīng)放大后由輸出端輸出。放大器作動時的最大特點為需要一對同樣

9、大小的正負電源，其值由土12Vdc18Vdc不等，而一般使用土 15Vdc的電壓。并且具有電壓短路保護功能， 輸入電壓范圍 較廣，頻帶范圍較廣，完全滿足本次課程的要求， 因此我使用ua741做為本次課程的主要芯 片四、具體的各部分電路以及仿真結果:1、反相比例OJ rfa 刃 iiuBi Ml*H*! r c*. 1MSEEiraa -L4lvW -SBLNiP-蚌闔血Llhv-LW 195K*曾審 Bl.nw直AjhtRbUM擊曲O2QQIM)|Tjg_ *TQ1*廈爭- wHil. .AMU n incJl“rnr I .frwllIdYVWHIHE Ab * I fWA ljE_L甜tt帆巒犬電営F圖為本電路的仿真圖，以及仿真結果:2、正相比例放大電路F圖為本電路的仿真電路以及仿真結果F圖為仿真電路以及仿真結果:起4、減法電路F圖為仿真電路以及仿真結果:WC4MXg ri s . 亞fU主II麗辭VDDIkDH PBt1弘3丹曲 Xi注R IkO *yAimiUH j tS oItf33JX2 aVJl J - UX* z* w諒善RQ5、微分電路下圖為其仿真電路以及仿真結果:6、積分電路F圖為其仿真電路以及仿真結果:口五、pcb原理圖及 pcb-T-Tiff*I4T-41!F六：心得體會：通