哈尔滨工业大学模电大作业

模电作业题仿真

一、设计要求

用集成运算放大器实现以下下列运算关系

⎰-+=dt u u u u i i i o 321532

要求所用的运放不多于三个，画电路图，元件要取标称值，取值范围

为uF C uF M R k 101.011≤≤≤≤Ω，

Ω。画出电路图，并用Multisim 进行仿真验证。

二、设计思路 1、2132i i u u +部分

考虑同相求和或者反相求和电路来实现2132i i u u +部分，由于同相求和的公式推导比反相求和要复杂一些，因此，这里选择反相求和电路得到)32(21i i u u +-后，再经过反相比例运算来得到2132i i u u +。

实现该部分的电路图如图1所示：

图1 图中，输入信号1i u 为2V ，2i u 为1V 。

2、⎰

-dt u i 35部分

这是一个积分电路，时间常数为2.0=RC ，在积分电容两端并联一个较大的电阻是为输入直流量或输入失调电压、失调电流和偏置电流提供流通路径，使其不经过积分电容，从而消除积分运算电路的输出饱和现象。该电阻的选择应保证尽可能不影响积分效果，同时又保证对输入直流量或输入失调电压等的放大倍数不能太大。

积分运算电路如图2所示：

图2 图中，输入信号3i u 为频率50HZ ，振幅为100V 的矩形波信号。

3、⎰

-+=dt u u u u i i i o 321532叠加部分

将1和2的电路图进行叠加以后，所得波形为两者求和所得结果。此电路图如图3所示：

图3

三、仿真验证 1、2132i i u u +部分

输入信号1i u 为2V ，2i u 为1V ，理论上应得到V u u i i 73221=+，进行仿真后，得到图4的波形：

图4

输出电压为6.994V 与理论值7V 接近。

2、⎰

-dt u i 35部分

输入信号3i u 为频率50HZ ，振幅为100V 的矩形波信号，时间常数为2.0=RC ，理论上，在经过半个周期的积分后，输出电压应由O 线性减小为-5V 。进行仿真后，输出波形如图5所示：

图5

图中，最大值为 2.481V ，最小值为-2.476V ，半个周期内，电压的改变值为2.481-（-2.476）=4.957V ≈5V ，符合理论值，但是波形整体较理论值相比向上平移了一半。

3、⎰

-+=dt u u u u i i i o 321532部分

理论上，输出波形应为最大值为7V ，最小值为2V 的三角波，但是实际上的输出波形如图6所示：

图6

实际输出波形形状与理论波形一致，但是最大值为9.447V ，最小值为4.491V ，比理论波形向上偏移了2V 多，这是由积分电路的输出波形向上漂移造成的。

四、设计总结

1、在积分运算电路的两端并联一个大阻值的电阻后，为输入直流量或输入失调电压、失调电流和偏置电流提供流通路径，使其不经过积分电容，从而消除积分运算电路的输出饱和现象，能够改善积分电路的性能，。该电阻的选择应保证尽可能不影响积分效果，同时又保证对输入直流量或输入失调电压等的放大倍数不能太大。

2、同相输入求和电路的设计和调整比较复杂，涉及到多个电阻串并联，因此，2132i i u u 部分采用反相求和电路，再利用一反相比例运算放大电路得到。

3、平衡电阻保证了放大电路的对称性，避免输入偏置电流产生附加的差模输入电压。

4、根据不同的输出信号应选择相应的直流或者交流档位。

5、仿真开始后，波形不稳定，需要等待一段时间才能获取稳定、正确的波形。

五、本实验需进一步研究的问题 如何完全消除积分电路输出波形向上漂移的现象？应如何调节R 、C 的取值？输入信号的频率和幅度对问题的解决是否有影响？