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1、 同向运算放大电路的设计1 技术指标 以集成电路运算放大器LF35为主,设计一种模拟信号运算电路，其中包括加法、减法和反相比例等电路的运用,要求能够实现函数( ）的三路可调输入模拟信号的运算，测试并记录下各节点的波形图.2 设计方案及其比较。1 方案一 要实现函数 ,可利用两个反向加法运算放大电路，首先可在第一级电路中输入i1与vi2，进行计算后,利用不同阻值的电阻使信号达到vi1+vi2,实现两个信号的相加,第一级电路的输出则会使信号反向变为-5vi-i2，同时也为第二级的输入，第二级也使用一个反向加法运算放大电路，在第二级中输入信号vi，经过运算放大器即会实现 .（如图1所示) 图1 两个
2、反向加法器实现运算其中根据虚短和虚断可以得出Vn,根据计算 VR7Ri1/R6+RRi/R2RVi3/R。.。.。.。.。(1）选择R1=2k，R2=0k，R310k，R=1k，R5=2k，R6=k，R=k8=1k其中4与8作为整个电路的平衡电阻。2。 方案二 利用同向两个减法器实现，由于此设计是两个同向的减法器，在经过第一级运方时，输入两路信号，同向端输入3,反向端输入vi,经过运放可得到v3vi2，在经过第二级运放,同相端输入i1，反向端为3vi2,经过减法器即可得到vi1(vi3-vi2），即vi1+i2-i3，经过计算得出电阻的阻值。最终使得信号输出为 。(如图2所示） 图2 两个同向
3、减法器实现运算其中根据虚短和虚断可以得出V=，根据计算得出 V=(1R8/R）(1+R1R6)V+R5R8R2R7V2-R8R4（R2+R）R7(R+R4)Vi3。.。.。（2）根据上述式子可选择R=10k，R2=2,3=5k,R4,5=3k，R60kR7=，R8=8如图3为方案二的仿真图 （a)方案二的仿真电路 (b)方案二的波形图 图3 方案二的仿真电路与波形2。3 方案三 可利用一个同向比例放大与一个减法器实现,经过计算只利用一个减法器不能够使vi1的倍数放大到5倍，所以先经过一个同向比例放大器将i放大，输入到第二级的同相放大端，同时通向放大端再输入一个2,实现vi+v2,在运算放大器的
4、反向输入端输入vi3，最终输出信号为 vi+vi2v，经过计算可以算出电阻的阻值，使得 .(如图4所示) 图4 一个同向比例放大器与一个同向减法器实现其中根据虚短和虚断可以得出p=Vn,根据计算得出 Vo=（1+R43)(R2R5/R12+R1R5+3)i1+（1+R4/3）（R1/1R2+1RR2R)/Ri3.(3)根据上述式子可选择R1=0k，R=2.5k，R3=40,R4=20，R5=20,R=33k=3k。 如图5所示为方案三的仿真。 （a)方案三的电路图 （b）方案三的输入输出波形 图5方案三仿真电路与波形2.4 方案比较 经过计算以及仿真，方案一的电路简洁明了，使用电阻较少，计算方
5、便简单，有利于实践操作中对电阻及时进行更改.同时每条线路电阻的阻值可以直接选用1k，2k，0k的电阻,即可实现所要求倍数的放大，避免了电阻的并联或串联，在接线中减少错误。由于电阻的阻值和理论上的存在差异,往往不是精确的，电阻过多会造成误差较大,所以选择方案一是比较合理的。3 实现方案 选择方案一的电路为实验电路如图1所示 首先可在第一级电路中输入vi1与v2，进行计算后,利用不同阻值的电阻使信号达到v1+v，实现两个信号的相加,第一级电路的输出则会使信号反向变为5vi1i,同时也为第二级的输入，第二级也使用一个反向加法运算放大电路,在第二级中输入信号v，经过运算放大器即会实现 。其中根据虚短和
6、虚断可以得出vpv，根据计算（vivn)1=（-vo)/3.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.(） V=R3Vi1/R1。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.（5）Vo=R3Vi/R.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。(6) Vo=R7R3i1/R6R1+7RVi2/R62RV3/R.。.。.。.。() 选择R1=2k,R2=10k,R3=0k，R4=1k,R5=k,R6=1k，= R1k如图所示为方案一的仿真 （a）方案一电路图 （）输入信号为直流时输入输出电压比较 (c）输入信号为交流时输入与输出波形 图6 方案一的仿真如图6（)所示其中R7,R8为平衡
7、电阻使放大器平衡，图中的B1,B2，B3，B4为直流电压源,为运算放大器提供合适的偏置电压,使运算放大器正常工作。 从图)中可以看出，输入电压Vi1，Vi2，Vi3，都为0.5v,输出电压为。90v，根据 可以算出电压输出的理论值为1。925，相对误差为1。29。 根据要求使用的运放信号为F35，查阅资料得到LF35双JET输入运算放大器,一个内部补偿输入失调电压。双通道场效应输入运算放大器(内带补偿输入失调电压)。性能参数：双列直插八脚封装；电源电压:518V；开环电压增益10d；输入偏置电流50p;转换速率13V；输出电压13.5V。设定直流电压为12。如图7所示为测试电路的布线图 图所示
8、为测试电路的布线图引脚 ，主要功能：运放A输出端；引脚2，主要功能：运放A负输入端;引脚 ，主要功能：运放A正输入端;引脚，主要功能： 负电源电压；引脚 , 主要功能： 运放B正输入端；引脚6 ，运放B负输入端7；主要功能:运放输出端；引脚,主要功能：正电源电压。R为滑动变阻器,i为输入电压，经过滑动变阻器后可分为三路不同的电压。 调试过程及结论. 调试过程 首先我们将直流电压源中间两个接地端短路，将直流电压分别调到12v,并用万用表测量确定是否为12v然后将电源负电压接到运放的4引脚，正电压接到运放的8引脚.用万用表测量每一个输入端的电压,看是否在5以内,没有在5v以内的输出很容易导致失真.
9、在一开始进行测量的时候并不顺利,输入电压过大，导致输出电压失真,不满足要求的标准。经过检查和向老师请教发现滑动变阻器的三个脚没有全接入电路中，有一个脚应该接地,而我们却忽略了，于是我们将滑阻的中间脚接入电路中,两端的脚一端接直流电源一端接地，调到合适的阻值后,再进行测量,输出的电压满足要求。测量并记录多组数据。如表1所示 表 输入与输出电压 Vi1(）V2(v）3（）测量值VO （v）理论值V(v）相对误差w%1.13。47。588。598.7201.491.67。77.858。28.51。61.7357。238.151.0 接着，进行完直流电压测量后,利用示波器观察输入与输出电压。先将函数发
10、生器与示波器相连,观察函数发生器输出的波形是否正确，观察到输出的波形正确后将函数发生器接入到电路的输入端，并将示波器的X端也接到输入端，Y端接在电路的输出端,也就是运算放大器的引脚。接好后发现示波器中只出现了输入波形而无输出波形，经过检查发现,在连接示波器中碰到面包板上的导线，导致接触不良，经过多次调整，主要是导线的重新安装或者将其压紧,最终得到了波形输出.(如图8所示） 图8 输入与输出波形测完同向的一组波形接着测一组反向的,将输入端接在第三个端口也就是Vi3上，输出接在放大器的引脚7,得到输入与输出波形。(如图9所示） 图9输入波形与输出反向波形由于输入的为V，如图所示输出波形与输入波形基本为12的关系。如图10所示为电路在面包板上的实际布线图 图 面包板上的实际布线图4.2 结论 经过计算仿真以及实际操作，直流电压输入时，根据表格可以看出理论值与实际值差别不大，基本可以得出 的关系。输入为正弦信号时，根据波形图也可以推断出设计基本正确。5心得体会 这一次的课程设计给我带来了很大的收获，从一开始的原理图设计到实际面包板的线路连接再到调试都给我很多的收获。 一开始知道课题后，虽然感觉比较简单,但是我还是找来相关书籍进行阅读,了解运算放大器的工作原理,
