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

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

其中

1

//2R RF R =

2.2电路如图3所示

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 +-= 图4 仿真结果图

其中RF R R R //3//12= 2.3电路如图5所示

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

2.4 电路如图7所示

7

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

2.5 电路如图9所示

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

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

=

=

1

2

输出电压为

dt

du

C

R

R

i

u I

R

O

1

2

2

2

-

=

-

=，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<

2.7 如图13所示，此电路为二阶低通滤波电路

13

设截止频率为fp，频率低于fp的信号能够通过，高于fp的信号被衰减的滤波电路称

之为低通滤波器。使

up

u

A

A707

.0

≈的频率为通带截止频率fp。

图14

图15 仿真结果图所以截止频率fp Hz

175

.

260

≈

2.8 如图16所示，此电路为二阶高通滤波电路

图16

设截止频率为fp，频率高于fp的信号能够通过，低于fp的信号被衰减的滤波电路称

之为高通滤波器。使

up

u

A

A707

.0

≈的频率为通带截止频率fp。

图17

图18 仿真结果图所以截止频率fp kHz

514

.4

≈

2.9 电路如图19所示，此电路为二阶带通滤波电路

19

设低频段的截止频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号能够通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路称之为带通滤波器。

图20

图21

所以kHz f Hz f H L 322.3,264.244== 所以带宽Hz f f f L H bW 736.3077=-= 2.10 如图22所示，此电路为二阶带阻滤波电路

22

频率低于fp1和高于fp2的信号能够通过，而频率在两者之间的信号被衰减的滤波电路称为带阻滤波器。

图23

图24

kHz

f

kHz

f

H

L

444

.

88

,

211

.3=

=

阻带宽度为kHz

fp

fp

BW233

,

85

1

2=

-

=

2.11电路如图25，信号源输入2V/100Hz的正弦波，观察输入和输出的波形，说明电路的功能。如果把二极管去掉，输出波形有什么变化。