模电课程设计加减法电路

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1 设计任务描述

1.1 设计题目：加法运算电路

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计

步聚，培养综合设计与调试能力； （2）学会利用运算放大器实现加减法电路；

（3）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法； （4）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.2.2 基本要求

（1）利用两级运算放大器实现321o 42i i i u u u u ++=

（2）设计电路所需的直流稳压电源，要求包括整流、滤波、稳压。

1.2.3 发挥部分

（1）由于同相加法电路存在共模电压，将造成几个输入信号之间的互相影响，所以本次设计我选用两级运放反相输入，在第一级运用反相输入的求和电路，在第二级采用双端输入式，从而实现课设要求的输出与输入的线性关系。

（2）在线性直流电源中，将普通的电容滤波更改为两个电容与一个电阻的π型滤波电路，增加对交流分量的滤除。

（3）在线性直流电源中，将一般的稳压电路改为固定式三端集成稳压器工作。

2 设计思路

本次设计的课题是加法运算电路，其“加法”的含义是实现输出与输入的线性关系。本次设计还要求设计为运算电路提供电源的线性直流稳压电源。

首先这次设计的重点是加法运算电路，我需要设计一个电路使得其输出电压与输入电压满足表达式。为满足这一线性关系，我选用两级放大来实现。经过一个学期的学习，我大致了解关于集成运算放大器的工作原理，而这次设计主要是关于运放的线性应用。首先第一级放大电路中，由于同相输入存在共模电压，会造成几个输入信号之间的互相影响。而反相输入式放大电路中，根据虚断的概念，同相位输入端的电位为零，相当于与地等电位，即“虚地”。这样可保证运放输入端无共模信号。在第一级运算放大器的反相端输入施加两个电压信号，从而达到两个输入电压与第一级运放的输出电压之间的线性关系。然后将这一输出加到第二级运放的反相端，同时在第二级运放的同相端加入第三个信号源，实现双端输入式放大电路，这种电路的的特点是输入电阻大、输出电阻小。最后实现最终的输出电压与三个输入电压信号成一定的线性关系。

一个电路要想稳定的工作，一定需要用稳定的直流电源进行供电。直流电压通常是从交流电网中转换获得，由于电网电压的波动，负载电流的变化，以及温度等环境因素的改变，往往使得直流电压不稳定。而直流电源的功能就是将交流电网电压转换成稳定的直流电压。电流稳压电源一般由变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。首先选择一个常用的交流电源，利用变压器降压。然后通过二级管组成的单相桥式整流电路将经过变压器降压的交流电整流。将普通的电容滤波更改为两个电容与一个电阻的π型滤波电路，增加对交流分量的滤除滤波。最后的稳压部分，我选用固定三端式稳压器。

两部分电路都设计好后，用multisim分别试调，改正后。将线性直流稳压电路施加在运算电路两端，使电路正常运行。

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3 设计方框图

图3.1 设计方框图

线性直流稳压电源

第二级放大电路

第一级放大电路

U1+U2

U3

4 各部分电路设计及参数计算

4.1 第一级运算放大电路

4.1.1 工作原理

图4.1 第一级运放电路

电路分析：上图所示电路为反相放大电路，将两个信号加到运算放大器反相输入端，R4为反馈电阻，R3为平衡电阻。由于虚地、虚断及虚短定理，可求出输出电压。此电路中利用输出电压1o v 通过反馈元件（4R ）对放大电路起自动调整作用，从而牵制了1o v 的变化，最后达到输出稳定平衡。

4.1.2 参数计算

图4.1所示为反相输入的加法电路，它实质上是多端输入的电压并联负反馈电路。由于虚地，有n v =P v =0;此外，由于虚断，有n i =P i =0，对节点N ，有

4

12211R V R V R V O -=+ （4.1.1） 可得

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=22411401-V R R V R R v （4.1.2）

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由4.3.2节内容，Ω=K R 501,Ω=K R 252,Ω=K R 1004,故满足下列关系式

()210124-V V v += （4.1.3）

4.1.3 波形分析

（1）当1v 为幅值1V 的正弦波，2v 为幅值2V 的矩形波，且频率都为2kHZ 时，输出应该为幅值为10V 的波形图。

图4.2 输出电压波形图

4.2 第二级运算放大电路

4.2.1 工作原理

图4.3 第二级运放电路

电路分析：如图4.3所示的放大电路，该放大电路采用双端输入的方式，图中Vo1（矩形波）通过R5加到反相端，V3（正弦波）通过R7、R8分压后加到同相端。输出信号通过R6、R5组成反馈网络加到反相端。双端输入放大电路的输出电压在线性工作条件下可利用叠加定理进行参数计算。

4.2.2 参数计算

图4.3为一个运放组成的差动输入的减法电路，运用虚短概念，有

6n 5n 1R V V R V V O

O -=- (4.2.1) 和

8

7

p

3R V R V V P

=

- (4.2.2) 由两式且p n V V =可知，

()38785166

56565651n 1

V R R R V V R V R R R R R R R R V R V V P o o o o +==++=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (4.2.3)

可解得

156

387

8565o o V R R V R R R R R R V -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= (4.2.4)