同相运算放大电路得设计.docxVIP

同向运算放大电路的设计1 技术指标设计一种模拟信号的运算电路，其中包括加法、减法和反相比例等电路的运用，要求能够实现特定函数（）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 设计方案及比较2.1 方案一图1方案一的原理图方案一的原理图如图1所示，该方案采用差动输入方式，也是由一个LF353的运算放大器构成的两级输入结构，，，均在第一级输入，第二级为一反向比例运算器；其中和从反向输入端输入，从同向输入端输入，得，再经过U1:A后得其中各电阻值确定如下： (1)为抑制共模信号，从而提高共模抑制比，以保证电路精确度，故(2)由可求出对于U1:A，该运放电路仅起到反向作用，故为平衡电阻，有2.2 方案二图2 方案二的原理图方案二的原理图如图2所示，该方案由一个LF353运算放大器构成。其中U1:B是一个反相比例运算器，U1:A是一个加法器，将，，做加法运算。对U1:B，有(3)又由于是平衡电阻，故 (4)故对U1:A，(5)又有故有已知 (6)故图3 方案三的原理图2.3 方案三方案三的原理图如图3所示。U1:B，U2:B以及U2:B为放大器，运算出所需大小。U1:A为加法器，将，，做加法运算，得到所需结果。(7)(8)可求出同理可求得对U1:A，有 (9) (10)故可求出2.4 方案比较上述各方案均能较好的符合运算电路的公式，仿真精度也近似，然而对于实际操作却各有利弊。现在从方案三看起，方案三一共用了四个运算放大器，13个电阻，但从电路中可以清楚的看出各个小模块的作用，该方案既有同相输入的模块又有反向输入的模块，各个模块还有平衡电阻来避免附加的差动输入电压以提高电路精度。虽然方案三的设计原理简单，但由于耗材较多，并且电路连接复杂，与其他方案相比，实际操作难度较高并且仿真效果较差，并且由于耗材较多可能会影响实验效果。方案一采用差动输入方式分别从同向和反向端输入，由于运算放大器也没有“虚地”点，相当于在运放两端加上了大小相等，极性相同的共模信号，因此想要获得较高精度的运算还得选用共模抑制比高的运算放大器，该方案以差动输入从结果来看实际构成了一个减法器，后面接一个运放作为等比例反向比例运算器反向。方案一的电路较简单，但运算起来相对较麻烦并且仿真效果一般。方案二同样只用了两个运放电路，却是最容易想到的方案，从过程上来看，它先将反相，再通过加法器将三个输入电压相加完成的计算，计算思路清晰，近乎可以口算出各电阻的参数值。综合上述比较，选择方案二作为最终操作方案。3 实现方案从上面的方案比较来看，我们将选择方案一来实现的运算，实现过程中我们将用到如下表（表1）中器件，其中直流源1为运放提供偏置电压，电源2提供输入电压。提供的电阻不是需求的电阻，需要自己并联或者串联得到所需电阻。计算过程再在此不加赘述。表1 元器件清单元器件名称规格数量原器件名称规格数量直流源11电阻1k6直流源25V1运算放大器LF3531万用表1面包板1滑动变阻器10k3导线若干电阻2k5剪刀1电阻10k4镊子1按照图4连接电路，该方案由一个LF353运算放大器构成。其中U1:B是一个反相比例运算器，U1:A是一个加法器，将，，做加法运算。图4 实现方案的原理图实物图如图5所示。用一个直流源提供三个可变电压进行三端输入，其中的三个滑动变阻器即用来改变输入的5V电压，经过变阻器的部分电阻分压后将输入到电路中。用万用表在合适的位置测量需要测的数据。从而得出结论。注意断电操作，等电路确定后再打开电源。图5 实现方案的实物图4 调试过程及结论先将直流源1和直流源2的接地端并联，然后把12V的直流源接在LF353的相应端口，把直流源2的正向端分别通过滑动变阻器接入，，，打开电源开关，调节滑动变阻器，改变，，的值，用万用表测量，，，，记录数据并计算理论值以及运算放大器的精确度。实验数据记录如表2所示。表2 实验数据的记录（V）（V）（V）(测量值)（V）（理论值）（V）精确度（%）11.503.103.558.918.8250.1622.022.823.4910.9911.1751.6831.892.813.6910.4210.4150.48由实验数据可知，三次测量精确度均小于2%，说明实现方案可以实现函数运算。5 心得体会这并不是我第一次接触这种不需要焊接而直接插线布线的面包板，早在初中时期的劳技课上就用它模拟过光控照明电路以及火灾报警电路。但是那时候只是单纯的按照老师给好的电路图布线，并不是