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理想集成运算放大电路的应用研究

时间:2022-08-24 百科知识 版权反馈
【摘要】:集成运算放大器简称集成运放,能构成各种运算电路,并因此得名。集成运算放大器常见外形如图6-3-1所示。由此可见,运算电路的特征是从集成运放的输出端到其反相输入端之间存在反馈通路。用理想集成运放芯片LM324连接出四个基本运算电路,将输入电压、输出电压的波形接入示波器观察。根据反馈电阻和负载电阻,可以计算出集成运放的电压放大倍数。

研究理想集成运算放大电路的应用。

实验仿真元件及其对应名称见表6-3-1。

表6-3-1 实验仿真元件及其对应名称

集成运算放大器简称集成运放,能构成各种运算电路,并因此得名。在运算电路中,以输入电压作为自变量,以输出电压作为函数;当输入电压变化时,输出电压将按一定的数学规律变化,即输出电压反映输入电压某种运算的结果。集成运算放大器常见外形如图6-3-1所示。

图6-3-1 集成运算放大器常见外形

为了实现输出电压与输入电压的某种运算关系,运算电路中的理想集成运放必须工作在线性区,因而,电路中必须引入负反馈。为了稳定输出电压,均引入电压负反馈。由此可见,运算电路的特征是从集成运放的输出端到其反相输入端之间存在反馈通路。

仿真电路所用的信号发生器所输出的电压信号的设置方法,仿真模拟电路时常用的虚拟示波器的使用方法,请阅读本章第一节半导体二极管特性的研究中有关内容。

用理想集成运放组成的基本运算仿真电路如图6-3-2所示,理想集成运放芯片采用LM324。

(a)同相比例运算仿真电路及波形

(b)反相比例运算仿真电路及波形

(c)反相求和运算仿真电路及波形

(d)差分运算仿真电路及波形

图6-3-2 用理想集成运放组成的基本运算电路

(2)点击终端按钮,在对象选择器中列出各种终端,其中包含了GROUND(地)、POWER(直流稳压电源)在内的多个元件,选中并拖动至编辑窗口。

(3)点击虚拟仪器按钮,选择所需的仪表,如信号发生器、示波器、电压表、电流表等。

放置元器件后的界面如图6-3-3所示。

图6-3-3 放置元器件后的界面

(4)用导线将各个元器件及测量仪表按照图6-3-2中的四个电路连接起来。注意,一定要点击连接,不能将两个元件的触点放在一起,此时电路仍是不通的。

(5)双击或右键单击元件,选择“Edit Properties”(编辑属性)选项,修改所需元件的参数。

(6)右键点击信号发生器,选择“VSM Signal Generator”(信号发生器),弹出信号调整对话框,调整输出电压的幅值和频率,幅值大小参考仿真数据表6-3-2~表6-3-5的输入信号UiUi1,并将信号频率调整为1kHz。

(7)右键点击示波器,选择“Digital Oscilloscope”(数字示波器),弹出波形框,选择调整相应的挡值等,如图6-3-2所示。

(8)点击编辑界面左下角的仿真运行按钮,仿真电路开始运行。

用理想集成运放芯片LM324连接出四个基本运算电路,将输入电压、输出电压的波形接入示波器观察。将仿真结果填入表6-3-2~表6-3-5中,并与理论值比较。

表6-3-2 同相比例运算电路的仿真数据

表6-3-3 反相比例运算电路的仿真数据

表6-3-4 反相求和运算电路的仿真数据

表6-3-5 差分运算电路的仿真数据

(1)在使用集成运放时,首先要阅读其数据手册,注意每个引脚的作用以及真值表等。

(2)在使用集成运放时,必须引入交流负反馈,否则系统呈非线性

(3)根据反馈电阻和负载电阻,可以计算出集成运放的电压放大倍数。通过观察波形,可知输出电压与输入电压是否反相。

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