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？