运算放大器的设计与仿真

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

2.1 电路如图1所示

R1

10kΩV1

500mV

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

R2

9.1kΩ

RF

100kΩ

V2

12 V

V3

12 V

XMM1

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仿真输出值电路功能

其中

1

//2R RF R =

2.2电路如图3所示

R1

10kΩ

Ui2

200mV

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

R24.7kΩ

RF 100kΩ

V212 V

V312 V

XMM1

Ui1

100mV R310kΩ

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，0==p N u u ，节点N 的电流方程为F i i i =+31 所以)1

2

31(

0R Ui R Ui RF U +-= 输入输出关系

理论输出值 仿真输出值

电路功能 )1

2

31(

0R Ui R Ui RF U +-=

-3V 2.999V

反相求和放大电路

其中RF R R R //3//12= 2.3电路如图5所示

出值

11

0V R RF

V -=

-5V

-5V

反相比例运算电路

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

R210kΩRF 10kΩ

V212 V

V312 V

XMM1

Ui1

100mV

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N P u u u ==0，故输出电压与输入电压的关系为

I O u u =

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 I O u u =

100mV

1000.008mV

电压跟随器

2.4 电路如图7所示

R110kΩ

Ui1100mV

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

R2100kΩ

RF 100kΩ

V212 V

V312 V

XMM1

Ui2200mV

R3

10kΩ7

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。

21O O O U U U +=，111i O U R RF U -

=，223

i O U R RF

U = 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 )1

132(

R Ui R Ui RF U O -= 1V

1V

加减运算电路

2.5 电路如图9所示

R1

10kΩ

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

V212 V

V3

12 V

R350kΩ

XFG1

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+_

_

+_

C1

10uF

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

2.6电路如图11所示

R11kΩ

U1A

TL082CD

3

2

4

8

1

V212 V

V3

12 V

XFG1

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+_

_

+_

C1

22nF

C2

22nF

R215kΩ图11

此电路为微分运算电路，根据“虚短”和“虚断”的原则，0==N P u u ，为“虚地”，电容I

C u u =1

，因而dt

du C

i i I

C R ==12 输出电压为dt

du C R R i u I

R O 1

222-=-=，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<