文档介绍：集成运算放大器放大电路仿真设计
1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。
2 电路原理分析
电路如图1所示
图1
此电路为反向比例运算电路,这是电压并联负反馈电路。输入电压V1通过电阻R1作用于集成运放的反相输入端,故输出电压V0与V1反相。
图2 仿真结果图
输入输出关系
理论输出值
仿真输出值
电路功能
-5V
-5V
反相比例运算电路
其中
图3
此电路为反相求和运算电路,其电路的多个输入信号均作用于集成运放的反相输入端,根据“虚短”和“虚断”的原则,,节点N的电流方程为
所以
图4 仿真结果图
输入输出关系
理论输出值
仿真输出值
电路功能
-3V
反相求和放大电路
其中
图5
此电路为电压跟随器电路,此电路输出电压的全部反馈到反相输入端,电路引入电压串联负反馈,且反馈系数为1,由于,故输出电压与输入电压的关系为
图6 仿真结果图
输入输出关系
理论输出值
仿真输出值
电路功能
100mV
电压跟随器
电路如图7所示
图7
从对比例运算电路和求和运算电路的分析可知,输出电压与同相输入端信号电压极性相同,与反相输入端信号电压极性相反,因而如果多个信号同时作用于两个输入端时,就可以实现加减运算。
,,
图8 仿真结果图
输入输出关系
理论输出值
仿真输出值
电路功能
1V
1V
加减运算电路
电路如图9所示
图9
此电路为积分运算电路,利用积分运算电路可以实现方波—三角波的波形变换和正弦—余弦的移相功能。
其中,电路输入为100Hz/2V的方波,输出为Vopp=100mV
图10仿真结果图输入方波,输出三角波
图11
此电路为微分运算电路,根据“虚短”和“虚断”的原则,,为“虚地”,电容,因而
输出电压为,输出电压与输入电压的变化率成比例。
图12 仿真结果图
输入方波(RC<<T/2),输出为尖顶波
如图13所示,此电路为二阶低通滤波电路
图13
设截止频率为fp,频率低于fp的信号能够通过,高于fp的信号被衰减的滤波电路称之为低通滤波器。使的频率为通带截止频率fp。
图14
图15 仿真结果图
所以截止频率fp
如图16所示,此电路为二阶高通滤波电路
图16
设截止频率为fp,频率高于fp的信号能够通过,低于fp的信号被衰减的滤波电路称之为高通滤波器。使的频率为通带截止频率fp。
图17
图18 仿真结果图
所以截止频率fp
电路如图19所示,此电路为二阶带通滤波电路
图19
设低频段的截止频率为fp1,高频段的截止频率为fp2,频率为fp1到fp2之间的信号能够通过,低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称之为带通滤波器。
图20
图21
所以
所以带宽
如图22所示,此电路为二阶带阻滤波电路
图22
频率低于fp1和高于fp2的信号能够通过,而频率在两者之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。
图23
图24
阻带宽度为
,信号源输入2V/100Hz的正弦波,观察输入和输出的波形,说明电路的功能。如果把二极管去掉,输出波形有什么变化。
图25
此电路为过零比较电路,电路只有一个阈值电压,输入电压逐渐增大或减小过程中,当通过UT时,输出电压产生跃变,从高电平跃变为低电平,或者从低电平跃变为高电平。
没去掉二极管时波形如图26所示
图26
去掉二极管时波形如图27所示