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1、 一、一、 电路原理分析与计算电路原理分析与计算 1. 反相比例运算电路反相比例运算电路 输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反馈电阻 RF跨接在输 出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i- 0，因此 i1if。电路如图 1 所示， R1 10k V1 500mV U1A TL082CD 3 2 4 8 1 R2 9.1k RF 100k V2 12 V V3 12 V XMM1 图 1 根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-u+0。 由此可得： 0 1 f i R uu R = 因此闭环电压放大倍数为： 1 of uo i uR A uR
2、 = 2. 同相比例运算电路同相比例运算电路 输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。电路如图 2 所示， U1A TL082CD 3 2 4 8 1 R2 10k RF 10k V2 12 V V3 12 V XMM1 Ui1 100mV 图 2 根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则 因此得： 1 (1) f oi R uu R =+ 开环电压放大倍数 1 1 of uf i uR A uR = + 3. 反相输入加法运算电路反相输入加法运算电路 在反相输入端增加若干输入电路，称为反向输入加法运算电路。电路如图 3 所示， R1 10k Ui2 200mV U1A
3、 TL082CD 3 2 4 8 1 R2 4.7k RF 100k V2 12 V V3 12 V XMM1 Ui1 100mV R3 10k 图 3 计算公式如下， 12 12 ()of uu uR RR =+ 平衡电阻213/ / /fRRRR=,当13fRRR=时，输出电压012()uuu= + 4. 减法运算电路减法运算电路 减法运算电路如图 4 所示， 输入信号1 iu 、2iu 分别加至反相输入端和同相 输入端，这种形式的电路也称为差分运算电路。 R1 10k Ui1 100mV U1A TL082CD 3 2 4 8 1 R2 100k RF 100k V2 12 V V3 1
4、2 V XMM1 Ui2 200mV R3 10k 图 4 输出电压为： 2 21 1231 (1) ff oii RRR uuu RRRR =+ + 当123fRRRR=时，输出电压21oiiuuu= 5. 微分运算电路微分运算电路 微分运算电路如图 5 所示， R1 1k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ C1 22nF C2 22nF R2 15k 图 5 电路的输出电压为ou为： 21 i o du uR C dt = 式中，21R C 为微分电路的时间常数。若选用集成运放的
5、最大输出电压为OMU, 则21R C 的值必须满足： 21 max() OM i U R C du dt = 7. 二阶低通滤波电路二阶低通滤波电路 二阶低通滤波电路如图 7 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V C1 47nF C2 47nF R2 10k R3 27.4k R4 47.5k V1 120 Vrms 60 Hz 0 XBP1 INOUT 图 7 滤波电路的传递函数为： 2 2 ( ) 2 ufn s n n A A ss Q = + ，nsj= 通带增益 3 4 1uf R A R = + 固有角频率 1212 1
6、n R R C C = 品质因数 1212 21211()(1)uf R R C C Q C RRAR C = + 8. 二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 二阶高通滤波电路如图 8 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V C1 4.7nF C2 4.7nF R2 10k R3 27.4k R4 47.5k V1 120 Vrms 60 Hz 0 XBP1 INOUT 图 8 滤波电路的传递函数为： 2 2 ( ) 2 u s n n A fs A ss Q = + 通带增益 3 4 1uf R A R = + 固有角频率 1212 1
7、n R R C C = 品质因数 21222 1/ ()(1) n uf Q R CCAR C = + 9. 二阶带通滤波电路二阶带通滤波电路 二阶带通滤波电路如图 9 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V C1 10nF C2 47nF R2 10k R3 27.4k R4 47.5k V1 120 Vrms 60 Hz 0 XBP1 INOUT R5 20k 图 9 带通滤波器的中心频率0f、等效品质因数 Q 以及同频带 BW 分别为： 1 2 of RC =, 1/(3)ufQA=，/oBWfQ= 式中，11/ufFARR= +
8、为同相比例放大电路的电压增益。 同样要求ufA必须小于 3， 电路才能稳定工作，当off=时，带通滤波器具有最大电压增益uoA，其值为： /(3)uoufufAAA= 10. 二阶带阻滤波电路二阶带阻滤波电路 二阶带阻滤波电路如图 10 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V C1 1nF C2 2nF R2 10k R3 210k R4 49.9k V1 120 Vrms 60 Hz 0 XBP1 INOUT R5 5.1k C3 1nF 图 10 带阻滤波器的中心频率0f、等效品质因数 Q 以及同频带 BW 分别为： 1 2 of
9、RC =， 1 2(2)uf Q A = ，/oBWfQ= 式中，11/ufFARR= +，为同相比例放大电路的电压增益。若1ufA=，则0.5Q =， 增加ufA时，Q 将随之升高。当ufA趋近 2 时，Q 趋向无穷大。而带阻滤波器的品质因 数越大，阻带宽度越窄，其阻带特性越接近理想状态。 11. 过零电压比较电路过零电压比较电路 过零电压比较电路如图 11 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ R2 5.1k D1 RD5.6 D2 RD5.6 图 11 令参考
10、电平 U=0，则输入信号iU与零比较，当输入电压iU过零时，比较器发生 翻转。iU0，输出则为低电平；而iU0，输出则为高电平。这种电路可作为零电平检 测器。该电路也可用于“整形” ，将不规则的输入波形整形成规则的矩形波。 12. 滞回比较电路滞回比较电路 滞回比较电路如图 12 所示，电路有两个阀值电压，输入电压iU 从小变大 过程中使输出电压oU产生跃变的阀值电压1TU,不等于从大变小过程中使输出电 压oU产生跃变的阀值电压2TU，电路具有滞回性。 从集成运放输出端的限幅电路可以看出，ozuU= 。集成运放反相输入 端电位1Nuu=，同相输入电位 1 12 pZ R uU RR = + 令
11、Npuu=，求出的Iu就是阀值电压，得 1 12 TZ R UU RR = + R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ R2 5.1k D1 RD5.6 D2 RD5.6 R3 10k R4 100k 图 12 当输入电压iU与输出电压oU在 E 点合成的电压过零时，比较器发生翻转。 43 3434 io E UU URR RRRR =+ + 电路翻转时EU=0，代入上式有： 3 4 io R UU R = 13. 音响的音调控制电路音响的音调控制电路 音响的音调控制电路如图
12、 13 所示， R1 43.5k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V C1 240pF V1 0.71 Vrms 100 Hz 0 R2 51k C2 10nF C3 6.2nF R3 510k R4 33k RP1 500k Key=A 60% RP2 500k Key=A 50% C4 6.2nF XSC1 AB Ext Trig + + _ _ + _ 图 13 其实质是对放音通道频响特性实施控制。 音调的控制不像音量控制,它只对某 一段频率的信号进行提升或衰减,不影响其它频段信号的输出,而音量是对整 个音频信号频率范围进行同步控制。 14. 半波
13、整流电路半波整流电路 半波整流电路如图 14 所示， R1 10k U1A TL082CD 3 2 4 8 1 V2 12 V V3 12 V R3 9k R2 50k D1 1N4148 D2 1N4148 XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 图 14 由反相比例运算电路和二极管的性质可知，电路是通负值的交流电， 当输入电压为正值时输出电压为 0，当输入电压为正值是输出电压为： 2 1 oi R uu R = 15. 全波整流电路全波整流电路 全波整流电路如图 15 所示， R1 10k V2 12 V V3 12 V R3 9k R2 20k D1 1N4
14、148 D2 1N4148 XFG1 U1A TL082CD 3 2 4 8 1 U1B TL082CD 5 6 4 8 7 R4 10k R5 10k R6 30k R7 9k XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 图 15 全波整流电路是一种对交流整流的电路，能够把交流转换成单一方向电 流，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责负方向，最典 型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。 全波整流输出电压的直流成分（较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需 要中心抽头、制造麻烦，整流二极管需承受的反向电压高，故一般适用于要 求输出电压不太高
15、的场合。 16. 三运放构成的放大器电路三运放构成的放大器电路 三运放构成的放大器电路如图 16 所示， R1 10k V2 12 V V1 12 V U1A TL082CD 3 2 4 8 1 U1B TL082CD 5 6 4 8 7 R2 10k R3 10k R4 10k U2A TL082CD 3 2 4 8 1 V3 12 V V4 12 V R5 10k R6 10k R7 10k XFG1 R8 100k R9 100k XSC1 Tektronix 1 2 3 4T G P 图 16 电路中，46RRR=,57fRRR=，输出电压为： 1 12 2 2 (1)() f oii
16、 RR uuu RR = + 当12iiuuu=时，2R中电流为零，输出电压为零。可见，电路放大差模信号， 抑制共模信号。差模放大倍数数值越大，共模抑制比越高。当输入信号中含有共模噪声 时，也将被抑制。 二、二、 仿真结果仿真结果 1. 反相比例运算电路按图 1 接好，仿真结果如图 17 所示。 图 17 2. 同相比例运算电路按图 2 接好，仿真结果如图 18 所示。 图 18 3. 反相输入加法运算电路按图 3 接好，仿真结果如图 19 所示。 图 19 4. 减法运算电路按图 4 接好，仿真结果如图 20 所示。 图 20 5. 微分运算电路按图 5 接好，输入 100Hz/2V 的方波，仿真结果如图 21
