反相比例运算电路仿真分析

1 反相比例运算电路

1.1 综述

反相比例运算电路实际上是深度的电压并联负反馈电路。在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。因此加在集成运放输入端的共模电压很小。

输出电压与输入电压的幅值成正比，但相位相反，因此，电路实现了反相比例运算。比例系数的数值决定于电阻RF与R1之比，而与集成运放内部各项参数无关。只要RF 和R1的阻值比较准确和稳定，即可得到准确额比例运算关系。比例系数的数值可以大于或等于1，也可以小于1。

由于引入了深度电压并联负反馈，因此电路的输入电阻不高，而输出电阻很低。1.2 工作原理

1.2.1 原理图说明

图1.2.1.1 反相比例运算电路

如图所示，输入电压V1经电阻R1接到集成运放的反相输入端，运放的同相输入端经电阻R2接地。输出电压经反馈电阻RF引回到反相输入端。

集成运放的反相输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。为使差分放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加的偏差电压。因此，通常选择R2的阻值为R2=R1∥RF

经过分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成运放

的开环差模增益很高，因此容易满足深度负反馈的条件，故可以认为集成运放工作在线性区。所以，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的输出输入关系。

由于“虚断”，U+=0 又因“虚短”，可得 U-=U+=0

由于 I-=0 , 则由图可见 I I=I F

即（U I-U-）/R1=(U—U0)/RF

上式中U-=0,由此可求得反相比例运算电路的输出电压与输入电压的关系为

U0=-RF·U I/R1

1.2.2 元件表

1.3 仿真结果分析

图1.3.1 仿真分析结果图

由于输入电压为1V，所以根据公式可得输出电压为-1.997，符合理论。

2 音频功率放大器

2.1 综述

功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

音频放大电路是典型应用电路，由一块TDA 2030和较少元件组成的音频放大电路、装置调整方便、性能指标好等突出的优点。特别是集成块内部设计有完整的保护电路，能自我保护。

TDA2030是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA2030在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。

2.2 工作原理

2.2.1 原理图说明

图2.2.1.1 原理图

此电路图中，利用了TDA2030的反相输出来稳定输出，同时正反馈中来进行放大，并且利用了二极管VD1、VD2来单向导电，然后在输出端口利用一个电阻和电容的并联关系来选择输出。另外元件数目也不是很多，操作实际可行。

在总体网络中，我使用的是桥式振荡电路的原理电路，这个电路由两部分构成，即放大电路和选频网络电路。其中放大电路是有输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络同时兼作正反馈网络。四臂电桥中，对角线顶点接到放大电路的两个输入端，桥式振荡电路的名称由此得来。

图2.1.1.2 桥式振荡电路

图2.3中所表示的RC 串并联选频网络具有选频作用，它的频率响应特征曲线具有明显的峰值。

由图2.3有：

1211*1Z R sC R sC Z R sC

=+

=

+

反馈网络的反馈系数为

212

()()()

f V i V s Z F s V s Z Z =

=

+

2

13()

sCR

sCR sCR =

++

就实际的频率而言，可用s j =ω替换，则得

2

2

2

(1)3V j RC

F R C j RC

ω=

-ω+ω

故当01R C

ω=

，则上式变为

00

13(

)

V F j =

ωω+-ωω

这就是说，当时，输出电压的幅值最大（当输入电压的幅值一定，而频率可调时），并且输出电压是输入电压的，同时输出电压与输入电压同相。

在输出端中放置一个电位器（滑动变阻器），以此来选择信号的输入大小，这样就可以避免在电路中因为信号的过强而导致的饱和失真。因此在这里放置的一个滑动变阻器需要一个较大的阻值，以达到分压的目的，所以我们这里选择一个最大值为10K 的滑动变阻器。

在集成块TDA2030中正负输入端的两个电阻R1、R2，则是作为一个分压作用，以此对集成块进行电压信号的输入，和反馈中的反馈网络的一部分。这样来进行工作。

在正负工作电压旁接一个电容来抵消工作电流对于电路中的而影响，体现了电容“隔直流，通交流”的特点。这是由于它的阻抗是随电压频率变化所致，如其阻抗变化为：

1C Z j C

=

ω

可以看出，其阻抗与频率成反比。

在R3构成的负反馈网络中，由于R3>>R2，故在这里是基本上的原样输出，没有进行缩小，因为在输入端口的那里，就已经进行了分压调试。

我们是做的是音频功率放大，则放大的倍数是我们所关心的，因而在R3与R4组成的负反馈的网络中，放大倍数为：

43

()()()

o V i V s R F s V s R =

=

通常这种音频功率放大中，放大倍数为300-1000倍左右，为了保证音频的带宽，