运算放大器是一种常见的电路器件，可以组成多种实用电路，proteus软件可以实现对运放电路的仿真
电路也常用于信号变换中,比如产生三角波或锯齿波等 7.对数放大器 PN结的伏安特性近似对数,所以可以利用PN结可组成对数放大器 D1 N414 youth +位2 上述电路要求输入电压必须为正;若输入电压为负,二极管则要反接;也可以用反向并联的 两只二极管对止负输入电压进行对数放大。由于二极管体电阻造成的压降会影响对数运算, 所以要使用体电阻小的二极管作为变换元件。 也可以使用三极管组成对数放大器,如图: R4 65 +1 当输入电压为正时用NPN三极管,为负则使用PNP三极管。图中的二极管为保护二极管, 防止三极管反偏时因输出电压过大而造成击穿。对数放大器常用于压缩信号的动态范围。 8.指数放大器: 指数与对数是逆运算,所以只要把对数放大器的电阳与二极管互换就是简单的指数放人器 12v 0.20E Vou 2.a -4.DD Mouti 6.B 1N41 从DC扫描曲线中可以看出,能得到指数输岀特性的输入信号范围非常窄,只有在二极管接 近导通的很小一段电压范围内才有这种特性。同杵,也可以用三极管组成指数放大器 votto J12 R4 U7+1 1, 12. 二、有源滤波器 滤泼器是信号变换常用的电路形式。低频电路中常用RC滤波器,但这种滤波电路都会造成 信号的衰减,如果把RC电路与运放组合形成滤波器,在滤波的同时还有信号放大的作用, 至少可以补偿衰减,同时还能改善一些电跻特性,这貮是有源滤波器。滤波器有低通、高通 带通、带阻等多种频率特性,每种还有巴特沃兹、切比雪大、椭圆曲线等多种形式,还可分 为一阶、二阶及史高阶的滤波器。滤波器有很系统的分析方法,还有大量图表和经验公式, 这里只对最简单最常见的几种滤波器进行仿真。滤波器一般用频率特性曲线进行仿真 1.有源低通滤波器: 一阶有源低通滤波器,就是一级RC低通滤波器再加上同相放大器,其电路及特性曲线为 12v 10.DE GAIN (UB) ion 1-10.D 40.0 Mn1 U741 UnF 4,区 +12V2 18 100 1.i 其中绿色的曲线为嗝频特性,红色的为相频特性。从幅频特性曲线可以看出,电路的增益会 随着频率的增加而减小,当增益减小到比通带增益小3dB时所对应的频率称为截止频率, 阶有源低通滤波器的截止频率与RC低通滤波器的基木一致,为1/2xRC。 当然,也有人使用电压跟随器与RC低通网终组成低通滤波器,但使用同相放人器可以方便 地词整增益,而且不会影响截止频率,使用更方便。 阶有源滤波器的增詮在频率超过截止频率后衰减不够快,是以-6dB/倍频程(或-20dB/十 倍频程)下降,选择性不好,很多场合需要的衰诚特性更快,就要用到更高阶的滤波器 二阶有源低通滤波器也可以用两级RC低通滤波器加电压跟随器组成,但一般更多采用其他 形式,常见的有压搾电压源型和多路反馈型等。 20. 0F GAIN (d3 bi2-20.0 R 240 压控电压源型有源低通滤波器可以有一定增益,但一般要小于2,不然很容易产生自激。当 R2=R3=R,C2C3=C时,二阶有源低通滤波器的截止频率和Q值分别为 fc=1/rrC Q=1/(3-A,) 二阶低通滤波器阻梏特性有改善,是以-12dB/倍频程(或-40dB/十倍频程)下降。 2.有源高通滤波器 高通滤波器是低频为阻带而高频为通带,与低通滤波器有对偶关系,可以通过对应的低通滤 波器变换得到,一般是将RC低通滤波器选频络中的R与C交换位置,变换后截止频率 相同 10.0F GAIN(dB>- 0. 05 A741 +12 Vout2 因为运放的增益带宽积的限制,有源髙通滤波器会在超出一定频率后特性变差 3.有源带通滤波器: 带通滤波器,最低阶就是二阶,可以看作是一阶低通与一阶高通的组合。一般选C1=C2=C, 这吋带通滤波器的中心频率、带宽及品质因数分别为 1R1+R 12R 2 BW Q 2 CVRR2R3 C、R1R3R2R BW 12k EQUEN 0.00 C3 5.B 4.有源带阻滤波器: +,,+·,·+12V.· ⌒J 2 UA4 R日 10k..:|-e -50,0 带阻滤波器有多和形式,有源滤波器中最常见的是用RC双T网络组成的阶带阻滤波器。 当C1=C2=C32,R1=R2=2R3时,中心频率为1/2πRC,Q值为12(2-A),带宽为2(2-A)/RC 其中A为增益,A-1+RbRa,一般放人倍数应小于2。 三、电压比较器: 电压比较器是运算放大器的非线性应用,常用于脉冲数字电路中。 6. DD E Out U八41 Bza85c5M1epo BZ455C5V7-4,Du -B,00 图是用传输特性分析的电压比较器伫能。运放正相输入端接参考电平Ⅵr,当反相输入端 的电压vin低于Ⅵr时,输岀被稳压管嵌位在5.7V;当反相器输入端的电压VⅤin高于Vr时, 输出端被稳压管嵌位在-5.V。曲线非常陡峭,只有柲窄的过渡带。 1.过零比较器: 以零电位为门限值,判淅输入信号是否高于零电位。 U2 Dl 只41 BZX55cov4-20 当输入一个正弦波信号后,过零比较器输出为方波信号,方波的跳变处在正弦波零值点上。 2.迟滞比较器: 普通过零比较器,在零电位附近还会有很窄的过渡区,当输入信号在此范围时,输出就不是 正负的嵌位电平,而会是一个中间值。虽然此范围很小,但易受温度及外部干扰的影响,对 后续的逻辑判断造成影响,需要消除。迟滞比较器也称施密特触发器,是在丌环比较器的基 础上引入正反馈而构成,正反馈可以加快输入电压的反转速度,而且会产牛回差。 R3 S D1 R2 BZX55C5V1 从仿真出线可以明显看到方波的上升/下降沿已不在正弦波的零点上,而出现了一个偏移。 从输出端增加个止反馈支路到同相输入端,当输出为止/负时,同相输入端的参考电位会 产生一个偏移佰,不再是零电位,而分别是: R R Ro+R2 Rp+R2 即,输出为正时,参考点电位比零电位略高,当输入电压高于此值时才能使输出反转为负; 而此时参考点电位又交得比零电位略低,要使输出再转为正,就要使输入电压低于此负值才 可以。这样,参考点电位出现一个回差,在回差范围内的微小输入变化不会对输出产生影响, 这是一种迟滞特性,所以称为迟滞比较器。通过调整R2的大小,可以改变这个回差值。 3.双限比较器 L142A 双限比较器,也称窗口比较器,它有两个门限值,当输入信号在两个门限之间时输出一个电 平,输入信号超出门限之外则输出另一个电平。 图中设置上限V+为+5V,下限V为-5V,输入信号Ⅴin为±8V的一角波,经过双限比较器后 输出为方波,方波的上下沿对应三角波的±5V位置 四、信号产生器 运放的输入阻抗髙,组成的放大器使用的外围元器件少且增益易调节,很适合制作反馈型的 正炫波信号发生器。运放接成比较器形式,并进行波形转换,也可以形成方波、三角波、锯 齿波发生器。因为受到运放增益带宽积的限制,其组成的信号发生器只能应用于低频场合。 1.文氏电桥正弦波振荡器( Wien bridge) 文氏电桥是一种选频网络,接入反馈回路就π以形成对特定频率的正反馈,从而产生正弦波 信号。 20 文氏电桥振荡器的振荡频率为1/2πRC,起振条件为A>3。仿真软件对信号发生器仿真不是 很方便,实际中起振的电路往往仿貞时并不能达到效果,般要在电路中放置一个电位器, 如果仿真时示波器没有波形,就点击电位器的触头,常常就能产生波形。信号发生器的分析 还是要结合理论进行分析,仿真软件有一定局限性 2.RC移相网络正弦波振荡器: 用三级RC移相网络可以使特定频率产生180度相移,从而使负反馈变为正反馈,这也是 种常见的止弦波产生方式,般用于固定频率信号发生器。 12 U2.501 RC移相式振荡器的振荡频率为1/4.9πRC,起振条件为A>29。 3.双T网络正弦波振荡器 双T树络有优良的选频特性,带阻滤波譽中就经常使用,也可以组成正弦波振荡器。 nnnnn R⊥c1 双T网络振荡器的振荡频率为1/5RC,起振条件为A>1。 4.方波信号发生器( multivibrator): 方波信号发生器也称多谐振荡器,广泛用」脉冲和数字电路中。用单运放加上RC反馈网终 就可组成方波振荡器,振荡频率接近1/2RICl。 R3 △D2 BZ05C5V 但上面的电路,方波的占空比是固定的,实际中往往需要不同占空比的方波,这就要通过分 别改变电容的充电和放电时间来实现,一般是使用单向导电的二极管分开充放电回路 电位器在20%和80%位置上时,虚拟小波器显小的输岀波形如图: Digital dvillaiease 5.方波和三角波发生器 方波积分可以得到三角波,三角波经比较器触发翻转形成方波,双运放就能构成方波和三角 波发生器电路。 D1 信号的振荡频率为 R f6 4R (RE +RRy )C 调节电位器RⅤ可以调节振荡频率,改变R1R2的比值可以调节三角波的幅值。 6.锯齿波发生器 三角波的充放电时间相同,如果调整电路使充放电时间不同,就会变成锯齿波。 w 五、信号变换电路: 电子线路中,经常遇到各种信号之问的变换,比如、V、调制/解调等,很多也是可以 用运放来实现的。 1.检波电路 用运算放大器可以组成线性检波电路,它克服了普通二极管检波电路的死区,效率因此也就 提高很多。电路使用虚拟的信号发生器和示波器进行仿真,信号发生器的AM端加上100Hz 的激励源可以使其产生AM信号,示波器同时显示出激励源、AM信号及检波输出三个通道 的信号。只要加上后级滤波器就可以取出100Hz的调制信号 +12f L1 D1 R2 LM358N 1N414 nnn nn 1N41 12 20k 1gita10sei11。 copc Channe具 Channel 4 Channel D GND GND OFF 210200190 死区电路 当输入信号Ⅴin进入某个范围(死区)时,输出电压为0;当脱离此范围吋,电路输出电压 随输入信号变化。图中为二极管桥式死区电路。 12V 4.0D nnnnn BR1 DFO1S 3.Ⅴ/I变换电路 VI变换是常见的一种电路,用于把电压的变化转变为电流的变化,有负载接地和不接地两 种形式 +12 BONE TDuI R6 2. DON R L表35sN 4.beN 100g 12v