运算放大器在波形变换中的应用剖析.docxVIP

运算放大器在波形变换中的应用一、实验目的1、给定一个电路，学会如何分析，并由此设计所需要的电路2、学会EDA仿真3、基于面包板的现实的电路调试，实际情况与EDA仿真结果比有一定出入4、学习运算放大器在三角波、方波等波形变换中的应用二、实验原理及电路分析1、了解用途产生三角波和方波·VO1输出三角波·VO2输出方波2、找出通路从左到右3、化整为零-定性分析二极管和稳压管起限幅作用，稳压管使运放输出限制在稳压管工作电压，将二极管开路，等效电路为：分为：积分电路，两个比较电平的产生和比较器三部分电路所组成。4、分析功能a、比较电路图中，比较器输出端电压VO与输入端电压满足以下关系：VO=K（V+-V-）其中，K为开环放大倍数，通常大于10dB。当V+＞V-时，VO＞0；当V+＜V-时，VO＜0。电路中输入+端接地，V+=0，所以V-＞0，VO＜0；V-＜0，VO＞0。因此，当V-在V+附近波动时，输出电压VO将在正负电源电压间跳变。b、积分电路∑点为虚地点。可得：当Vi为常数时，由此可见，VO是时间的线性函数，当Vi为正电压时，Vo线性减小；当Vi为负电压时，VO线性增加。因此，如Vi为正负绝对值相等的矩形波电压且维持时间t恰当（不至于使运算放大器输出饱和），积分电路输出波形为三角形电压。c、两个比较信号电平的确定（VO1经R2，VO2经R3）VO1是积分电路输出的三角波形电压，VO2是第三个运算放大器输出的矩形波电压。当VO2施加不变的电压时，VO1施加的是线性变化的三角波电压。因此V-存在两个不同的过零电压。计算得：考虑一般性，VO2输出的正电平为Vp，负电平为-VN，则V-过零时刻，VO1两个电平为：则，实验各点波形为：d、振荡频率和周期在t0＜t＜t1经过分压，积分电路的输入电压Vi为-αVN（这里的α为分压比，调节W1电位器，可改变α），两个比较电平对应积分电路中的初末电压。可得：从而可得：同理，在t1＜t＜t2时间内积分电路的输入电压Vi为αVP，两个比较电电平仍对应积分电路中的初末电压。可得：所以，T1+T2即为三角波的周期化简得：可得：1、若VP不等于VN，则T1不等于T2，VO1输出为锯齿波，VO2输出为矩形波；2、若VP等于VN，则T1等于T2，VO1输出为三角波，VO2输出为方波；3、三角波和方波的周期为：4、当R2=R3时，周期和频率为：，f=5、若输出电压VO2被钳制在不同的正负电压值时，可改变输出波形占空比，即VO1将输出锯齿波，而VO2将输出矩形波。5、通观整体积分电路→比较电平产生电路→比较电路6、性能估算·设计指标三角波和方波的频率范围0.5KHz—2KHz输出幅度为±6VA、根据输出幅度要求D3、D4可取5V1稳压二极管；取R2=R3，使三角波输出最大电压为5.1V，最小电压为－5.1V；D1、D2可取快速二极管1N4148。B、根据频率范围要求f=取α=1时f=2kHz,若C1取0.01μF，则R1=12kΩ；当f=500Hz，C1=0.01μF，R1=12kΩ时，α=0.25；因此可选W13kΩ，R4=1kΩ。选R2=R3=1kΩ三、μA7411、特性·短路电流保护·电压调零能力·大范围的差模和共模输入电压·低电源消耗·无闩锁效应2、最大额定值μA741CμA741IμA741M单位输入电压，VCC+182222V输入电压，VCC--18-22-22V差动输入电压，VID±15±30±30V调零段到VCC-的电压降±15±0.5±0.5V输出短路时间无限无限无限操作自然温度范围0至70-40至85-55至125°C储存温度-65至150-65至150-65至150°C工作60s后表面温度FK封装260°C工作60s距离表面1.6mm导线温度J，JG或U封装600°C工作10s距离表面1.6mm导线温度D，P或PW封装260260°C3、电气参数（除特别指出，均在在25°C自然温度，VCC=±15V）（除特别指出，均在开环下，零共模输入）参数测试条件μA741CμA741C,μA741M单位最小标准最大最小标准最大输入偏移电压VIOVO=01615mV偏移电压调整范围△VIOVO=0±15±15mV输入偏移电流IIOVO=02020020200nA输入基准电流IIBVO=08050080500nA共模输入电压范围VICR±12±13±12±13V最大峰值输出电压VOMRL=10KΩ±12±14±12±14VRL≥10KΩ±12±12RL=2KΩ±10±13±10±13RL≥2KΩ±10±10大信号差模输入电压震荡AVDRL≥2KΩ2020050200V/mVVO=±10V1525输入电阻ri0.320.32MΩ输出电阻roVO=07575Ω输入电容CiVIC=VICRmin1.41.4pF共模抑