哈工大模电大作业

模电大作业

题目：

用集成运算放大器实现如下关系

u0?2ui1?3ui2?5?ui3dt

要所用的的运放不多于三个，元件要取标称值，取值范围为 1kΩ≤R≤1MΩ，0.1uF≤C≤10uF。

分析：

由u0?2ui1?3ui2?5ui3dt 知，2ui1?3ui2可以通过同向比例或者反向比例电路实现，?5?ui3dt可以通过积分电路实现，最后把两者相加即可，故解决问题的关键在于建立一个合理适用的积分器。本实验选取的运放是UA741CD，实验是在mutlsim10.0环境下仿真完成的。

?

问题解决：

（1） 建立一个积分电路

实验过程遇到的问题主要是，刚刚开始时，并没有并联R11，输出的波形漂移不定，经过一段时间饱和，这主要是输入失调误差引起的，因而在电容两端并上R11，对漂移加以抑制。

积分电路主要是正确合理的确定时间常数τ=RC和R、C的值

τ的大小决定了积分速度的快慢。由于运算放大器的最大输出电压Uomax为有限值（通

常Uomax=±10V左右），因此，若τ的值太小，则还未达到预定的积分时间t之前，运放已经饱和，输出电压波形会严重失真。所以τ的值必须满足：

???1tUomax0?udt

i 当ui为阶跃信号时，τ的值必须满足：

???Et（E为输入方波信号的幅值，t为半周期） Uomax另外，选择τ值时，还应考虑信号频率的高低，对于正弦波信号ui=Uimsinωt，

积分电路的输出电压为：uo??1??Uimsinwtdt?Uimcoswt ?w由于coswt的最大值为1，所以要求：

UimUim?Uomax 即?? ?wUomaxw因此，当输入信号为正弦波时，τ的值不仅受运算放大器最大输出电压的限

制，而且与输入信号的频率有关，对于一定幅度的正弦信号，频率越低τ的值应该越大。

由u01??5?ui3dt知，τ=1/RC=1/5=0.2（s），由于μA741的最大输出电压Uomax=±10V左右，所以，τ的值必须满足??EUomaxt ，所以Et≤τUomax=2，所

以电路中信号发生器输出的信号可以是：频率2.5KHz、幅值10V、占空比50%的方波。

由于反相积分电路的输入电阻Ri≥10kΩ，故取积分电阻R=Ri=20 kΩ，则电容C=τ/R=10uF。而为了减小输入失调误差所引起的积分误差，取电容并联的电阻R11=10R=20KΩ，所以平衡电阻R5为：R5=R// R11=10KΩ.所以合理取得电阻R和电容C后，可以算的输出波形的关系符合 u01??5?ui3dt。

自行设计的电路如下：

示波器结果如下：

最后的得到的仿真结果如图上所示，仿真测试结果与理论结果基本一致，符合要求，至此实验积分电路达到了实验目的。

（2）建立一个 u02?2ui1?3ui2的比例运算电路。

①.同相放大器

优点：输入高阻抗，对输出阻抗很大的电路较有好处

缺点：放大电路没有虚地，(除了差模信号外)还有有较大的共模电压，抗干

扰能力相对较差，(用同相要有较高的共模抑制比)另一个小缺点就是放大倍数只能大于1；

②.反相放大器

优点:两个输入电位始终近似为零(同相端接地，反相端虚地)，只有差模信号，

抗干扰能力强；

缺点：输入阻抗很小，不适用与前级电路输出阻抗很大的场合。

综上比较，如果要求输入阻抗不高时，此时可以选择同相也可以选择反相，在不考虑相位时，首选反向放大，因为反向放大只存在差模信号。所以本实验选取反向输入求和电路。电路如下：

实验选取了反向输入求和电路，输入信号为U1=1V，U2=1V，合理选取电阻阻值，可以算出输出与输入关系式 u02??(2ui1?3ui2)，经实验仿真可以测得

u02=-4.99V，符合关系式算出的理论值。详见上图。

（3） uo1和uo2处理

实验要求只能用3个运放，而之前已经用了2个，所以最后一个运放要实现减法运算电路，把u02??(2ui1?3ui2)反向再和u01??5?ui3dt相加，这样才可以可以得到所要求的关系式：u0?2ui1?3ui2?5ui3dt。

基于以上设计思路，最后电路图如下：

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